大气逆辐射对草地下垫面地表温度的影响研究

根据SKYNET合肥站三年期间无云晴天4～50 μm波段地表向上长波辐射Rlu和大气逆辐射Rld的观测资料,定量分析了大气逆辐射对草地下垫面地表温度的影响.结果表明:大气逆辐射对地表温度日平均值的影响程度在夏季最大、秋季次之、冬季最小,当地表比辐射率ε=0.98时,地表视温度与地表温度日平均差值全年在0.96～4.41 K之间,7、8月份在1.3 K以上;任何季节.大气逆辐射对地表温度日分布的影响幅值均在夜间大、白天小、中午前后最小,冬季影响最为显著,地表视温度与地表温度的差值T*-Ts均具有"V"型日分布特征;长波辐射比Rld/Rlu越大,大气逆辐射对地表温度的影响程度越大,得出了T*-Ts与长波辐射比以及地表比辐射率之间的定量统计关系.     

合肥地区大气水汽标高变化特征的统计研究

根据合肥站四年整层大气水汽含量和地面水汽密度ρ0的晴天观测资料,统计分析了该地区大气水汽标高H的变化特征.结果表明; H的年变化特征为夏季最大,冬季最小,春、秋季节相差很小;季节平均水汽标高值和季节平均地面气温呈高度正相关;各个季节水汽标高的日变化特征均为双谷型,最大值出现在下午16:00左右,两个低谷分别出现在上午08:00和夜间20:00左右;上午06:00至下午16:00,H的时平均值与对应ρ0的时平均值呈高度负相关.     

结合可见光近红外和微波遥感估算藏北高原日蒸散发量

利用FY-2E静止气象卫星可见光近红外和FY-3B极轨气象卫星微波资料,结合地面观测资料,基于陆表能量平衡算法(Surface Energy Balance System,SEBS),反演了藏北高原地表净辐射、土壤热通量、感热及潜热通量的空间日变化过程.利用那曲高寒气候环境观测站观测资料对结果进行了有效性验证,潜热通量的均方根误差为28.22 W·m-2.此外,还对整个藏北高原夏季空间地表能量分量的条件期望进行统计分析,探讨了该区域不同地表温度对应的有效能量分配方式的统计特征.结果表明,区域总体蒸散发量介于2.0~4.0 mm之间.     

夜间天空背景及云层红外辐射测量分析

采用中波、长波红外热像仪对夜间无云天空背景及云层背景红外辐射亮度进行了测量。无云天空背景中波波段辐射亮度在0.58~1.30 W·m-2·sr-1,长波波段辐射亮度在6.61~15.29 W·m-2·sr-1。由于夜间条件下无太阳辐射影响,相同俯仰观测角条件下,0°~360°各个方向天空背景辐射亮度基本一致。从无云区到有云区,随着云层厚度的增加,其辐射亮度逐渐增大。相对于无云背景,中波波段云层中心辐射亮度增加了1.5%,长波波段云层中心辐射亮度增加了14.2%,长波波段云层对天空背景辐射影响更加显著。     

合肥地区无云晴天地表太阳短波辐射特征

利用SKYNET合肥站1999年9月至2005年8月期间285个无云晴天地面辐射收支观测资料,计算分析了合肥地区地表太阳短波辐射特征.结果表明,地表太阳短波辐射各个分量的日变化均呈上下午近似对称的倒"U"型分布,中午变化较平缓并出现最大值;漫射辐射与总辐射之比KDF呈"U"型日分布.太阳短波辐射各个分量的年最小值均出现在12月份,6月份总辐射、地表太阳短波净辐射和漫射辐射最强,7月份太阳直接辐射和地面反射的短波辐射最强但漫射辐射出现相对低谷.漫射辐射春季最强、夏季次之;太阳短波辐射其它各分量的季节变化均为夏季最强、春季次之、冬季最弱,而且冬夏差异较大.〈KDFd〉在1月份最大,7月份值最小并有明显的突变现象;其季节变化特征为夏季最小,冬季最大;其七年平均值为38.4%.     

干旱地区大气折射对光电工程的影响

通过对干旱地区某地探空资料的分析,拟合出不同季节条件下折射指数随高度变化的拟合公式,利用拟合公式计算了光电跟踪设备使用不同波长跟瞄空间目标时的蒙气差、大气色散和测距修正量。结果表明:(1) 在相同视仰角的条件下,冬季的蒙气差修正结果大于其余季节的结果,且大于标准大气的计算结果,而春、夏、秋季的蒙气差小于标准大气的计算结果;(2) 春季的0.55 um 与1.3 um、3.9 um 的大气色散较其余季节的结果为大,对于0.55 um 与1.3 um 及3.9 um 之间的大气色散在视仰角大于55条件下差别并不明显;(3) 不同季节、不同波长测距修正量的变化特点略有不同,其中夏、秋季节特点较为相似,3.9 um 测距修正量受季节影响较0.55 um 与1.3 um 更为明显。所得结果可为该地区光电工程应用提供参考。     

基于环境参数的地表热辐射时序变化模拟方法

地表热辐射时序变化模拟是红外场景仿真的核心环节。利用地表热传导差分计算地表热辐射是物理上较严谨的模拟方法，但受限于差分方程边界条件的不确定性，在红外场景仿真中未得到广泛应用。提出一种基于光照、气温、湿度等环境参数的地表热辐射时序变化计算方法。重点根据地质热环境变化规律设计闭环迭代过程，自动修正初始和下边界热辐射值，解决了边界条件的不确定问题，提高了地表热传导计算精度和算法适应性。野外实验结果表明:该算法计算温度与实测温度绝对误差小于2 K，等效黑体辐射度相对误差小于3%，为准确模拟红外动态场景提供基础。此外，利用该方法对山区地表的热辐射分布时序变化进行了模拟，显示了其在红外场景仿真方面的初步应用效果。     

大气气氛下Ti表面激光氮化及其温度场的计算

利用大气气氛下激光氮化方法,采用CWCO2 激光作为辐射源,同时通以与激光束同轴的激活态氮束流,对工业纯钛进行氮化处理。并利用X射线衍射方法(XRD)对样品进行测试分析。结果表明,当激光功率密度不小于6.5×105W·cm-2、扫描速度不大于600mm·min-1时,在大气气氛下可实现钛表面的氮化处理,且氮化处理后,钛的表面硬度可提高3倍左右。采用半无限大模型对氮化过程中的温度分布进行了数学模拟,并推导出了温度分布方程。由此方程出发,计算出了钛表面实现激光氮化时所需限制的最大扫描速度为600mm·min-1,并与实验结果进行了比较,结果发现,用该模型计算出的扫描速度的阈值与实验结果基本吻合。     

平行金属线阵列地面附近的早期HEMP环境

铺设金属网的地面作为一种复杂的地表,区别于均匀半空间均匀地面,金属网必然会影响地表附近上方的电磁环境,因此,对其电磁环境的准确描述和分析十分必要。为此,以地面铺设平行金属阵列为典型情形,提出了一种计算平行金属阵列地面附近上方高空核爆电磁脉冲环境的解析方案,并且分析了地面铺设平行金属阵列结构之后对早期高空核爆电磁脉冲环境的影响。结果表明：当地面铺设平行金属线阵列后,相比于均匀半空间地面而言,不同高度下的水平极化场,反射场与入射场相互抵消的现象更加明显,使得总水平极化场衰减更为严重;而对于不同高度下的垂直极化场,其反射场和入射场的叠加现象也更加明显,使得地面附近上方的垂直场强幅值大于入射波场强幅值的效应加强。     

反射式可控红外部分偏振辐射源设计与测试

为了对偏振热成像系统进行定标,设计了反射式红外可控部分偏振辐射源,从理论计算和实验测量两方面进行对比论证.首先,推导了铝反射镜的穆勒矩阵,提出了辐射源出射辐射偏振态的理论计算方法,结果表明,能够产生线偏振度小于0.80、圆偏振度小于0.60的长波红外部分偏振辐射.然后,基于铝反射镜搭建了部分偏振辐射源,并用线偏振热成像系统对出射辐射的偏振态进行测量,结果表明该辐射源可以产生线偏振度在0.25~0.85之间的长波红外部分偏振辐射,当铝反射镜入射角低于80°时,线偏振度测量值的相对标准偏差低于6%.     

SBDART对云地面长波辐射强迫的模拟研究

为了研究云的地面长波辐射强迫与云的关系,利用SBDART辐射传输模式模拟了云量、云底高和云光学厚度对云的地面长波辐射强迫的影响,并对国内外学者研究的云的地面长波辐射强迫随云量变化的非线性原因进行了理论分析.结果表明:对相同的云,在不同的大气条件下,地面长波辐射强迫是不同的;云的地面长波辐射强迫随云量的增大而增大,随云底高的增大而减小,随云光学厚度的增大而增大,当光学厚度大于10以后,几乎不再增大.随云量的增加,低云和光学厚度大的云出现概率增大,是云的地面长波辐射强迫随云量变化呈非线性的两个原因.     

水面舰艇编队远程对海观察体系构建

为提高水面舰艇编队的作战能力和生存能力,应建立有效的远程对海观察体系。分析了水面舰艇编队远程对海观察影响因素和任务特点,对编队远程对海观察体系构建进行了分析,并给出了观察界限的计算方法,对水面舰艇编队远程对海观察组织计划具有指导作用。     

基于二元衍射面的长波无热化光学系统设计

仅用3片透镜,设计了一款匹配640×512氧化钒非制冷长波焦平面探测器的红外系统。该系统焦距为100 mm,F数为1.1,总长为107 mm,工作波段范围为8~12μm,引入一片二元衍射面实现无热化温度补偿功能。利用ZEMAX进行仿真设计,结果表明:在-40℃^+60℃温度范围内,系统奈奎斯特频率(30lp/mm)处MTF均达到0.49,接近衍射极限。该系统具有焦距较长,相对孔径大、全视场像质优良、温度适应良好、二元面衍射效率高、易于加工和结构紧凑的特点。     

光子晶体垂直腔面发射激光器的研究进展

单模垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有低功耗、小发散角、高调制带宽和易于二维集成等优点,在光互连、光存储、高速激光打印和长波通讯等方向有着很好的应用前景。调节VCSEL顶部和底部反射层的结构可以很容易地实现单纵模条件,然而要实现横向单模输出,就要同时对出射光加以横向限制。在VCSEL的顶部反射层刻蚀出二维光子晶体结构构成的光子晶体VCSEL实现了稳定的单横模激光输出。介绍了光子晶体VCSEL的基本结构、工作原理、研究进展和应用领域,并探讨了如何使光子晶体VCSEL获得更高的出光功率、控制激光偏振特性和减小发散角等问题。最后评述了光子晶体VCSEL的国内研究现状,并对未来的研究做了展望。     

CCD表面暗电流特性研究

针对电荷耦合器件表面暗电流的温度特性和辐照特性进行了研究。研究结果表明,在不同温度下,表面暗电流不仅是CCD总暗电流的主要来源,且是CCD暗电流非均匀性的主要影响因素;CCD栅介质的硅-二氧化硅界面态密度随辐照剂量的增加而增加,导致CCD表面暗电流显著增加,是CCD经辐照后暗电流变大的主要影响因素。     

全球海洋表面红外图像的计算机模拟

首先利用计算传热学计算得到海洋表面温度,然后根据红外辐射成像理论,建立全球海洋表面红外辐射亮度模型,利用海洋表面红外辐射亮度模型的计算结果,采用OpenGL实现了全球海洋表面红外图像的三维实时显示。结果表明,模拟得到的红外图像较真实的反映了全球海洋表面的红外辐射特性,效果逼真,不仅可以用于海洋背景下的目标识别与跟踪,而且还可以用于各种海上红外制导武器的研制,具有重要实际应用价值。     

基于能量平衡估算陆地近地层光学湍流

估算陆地近地层光学湍流通常需要利用两层不同高度的气象观测,而常规气象观测通常只有一层。为了利用单层常规气象观测估算陆地近地层光学湍流,通过采用Shapiro给出的利用常规气象要素估算地面太阳辐射的经验模型,以及美国陆军统一土壤分类方案,基于地面能量平衡,建立一个陆地近地层光学湍流估算模型。首先通过数值求解土壤热传导方程估算土壤温度,再基于地面能量平衡估算地面温度、基于强迫恢复方法估算地面湿度;最后,将估算的地面温度和湿度看作是粗糙度高度的温度与湿度,结合常规单层气象观测数据,估算光学湍流强度。实例计算表明：该方法估算的光学湍流强度整体上与利用两层气象观测估算的光学湍流强度基本一致。     

水面靶标雷达辐射源的实现

水面靶标的雷达辐射源用于模拟水面舰艇的舰载雷达,为反舰武器海上发射试验导引头被动通道提供雷达辐射目标模拟。介绍了雷达辐射源的功能、组成,给出了实现原理和系统框图。雷达辐射源已在海上靶场成功使用,取得了预期效果。     

C-T型平板波导红外光谱仪系统自身背景辐射的分析与抑制

红外光谱仪内部背景辐射在长波红外波段（8~12 m）影响比较显著,会严重降低光学系统的分辨率和信噪比。利用TracePro光学分析软件,对基于交叉非对称Czerny-Turner （C-T）型平板波导红外光谱仪进行了背景辐射分析,包括机械构件表面发射率以及光学元件表面温度对背景辐射的影响。引入了杂光系数作为评价指标,根据仿真分析结果,在高低温箱中,对该红外光谱仪的背景辐射影响采取抑制措施并进行了实验测量,实验结果证明:采取背景辐射抑制措施后,C-T型平板波导光谱仪系统的杂光系数在常温下（298 K）能达到5%以下。