微脉冲激光雷达对城市大气气溶胶污染过程相关的观测分析

近年来,由于经济的快速发展,引起了人类生产活动的变化,同样也使得因人类活动引起的大气溶胶污染问题变得越来越明显,加之我国的气候特点,在春季受到沙尘气溶胶的影响,使大气环境问题变得越来越严重。通过微脉冲激光雷达探测器能对大气气溶胶的演变规律和垂直分布的特征进行很好地观测,从而为控制城市大气污染提供相应参考。     

白天观测恒星测量整层大气相干长度

根据差分像运动原理实现了白天通过观测恒星测量整层大气相干长度.根据晴天天空背景的特征在系统中增加滤波片,根据相干长度仪的结构特点在系统轴线处增加光阑,可显著抑制天空背景光.根据天空背景光的特点,选择长波段敏感的探测器有利于白天观测恒星.该实验获取了全天的整层大气相干长度,特别是获取了晨昏时段的整层相干长度.实验结果表明...     

区域大气复合污染立体监测技术系统与应用

随着我国社会经济的高速发展,环境问题日益突出,各种污染物相互耦合叠加,造成我国大气污染呈现区域性、复合性以及长期性的特点.尽管我国已建立了以城市为中心的空气质量自动监测站,但近地面有限指标的监测,不能完全反映大气污染的实际状况,使空气质量评价结果与公众直观感受不一致.也不能满足空气污染形成机制、演变和输送过程的研究需求.介绍了用于区域、立体、实时监测的几种技术以及利用这些技术构建的区域大气复合污染立体监测技术系统,主要用于颗粒物区域输送通量监测、气态污染物区域排放通量监测以及区域污染物垂直柱浓度监测.同时介绍了北京奥运会期间的部分监测结果,讨论了控制区域大气复合污染需要的监测技术和方法.     

2001年合肥上空大气臭氧的分布特征分析

对L625差分吸收激光雷达2001年的臭氧观测数据进行了处理和分析,观测结果表明:合肥上空高度5～45 km区间,臭氧厚度0.264×10-5 km,峰值高度海拔24.9 km,峰值大小4.3677×1012 cm-3.不同高度的臭氧数密度具有明显的季节特征,35 km、30 km和25 km高度的臭氧数密度变化特征表现为夏季数密度高,冬季数密度低.20 km、15 km和10 km高度的臭氧数密度的变化特征表现为冬春季数密度高,秋季数密度低.臭氧层峰值高度夏秋季高,冬春季低.     

合肥上空大气臭氧垂直分布特征分析

利用中国科学院安徽光学精密机械研究所自行研制的L625紫外差分吸收激光雷达在合肥进行了长期的观测,对L625差分吸收激光雷达在1996～2009年观测的大气臭氧数据进行了分析,并与AURA卫星的观测数据进行了对比,得到了合肥上空大气臭氧月、季平均垂直分布的特征,初步给出合肥上空平流层臭氧的变化趋势.     

基于兴隆观测基地50cm望远镜的幸运成像系统

大气湍流会在很大程度上降低地基望远镜的空间分辨率,而幸运成像技术以较低的成本、简单的设备、易实现的算法可以有效修正大气湍流的影响,从而提高了地基望远镜开展天体成像和密集星场高精度测光观测的能力.基于兴隆观测基地50 cm望远镜研制了幸运成像系统,该系统包括滤光片、望远镜增焦子系统、数据采集子系统和数据处理子系统.在视宁度良好的晴夜对月球、大行星、球状星团和双星进行了观测,成功获取了月球表面的清晰图像,恒星星像的半高全宽(FWHM)达到0.6,好于2倍望远镜衍射极限.观测结果表明,该幸运成像系统能够有效提高地基望远镜的空间分辨本领,为下一步的高分辨天文观测研究奠定了基础.     

兴隆观测基地的大气色散实测研究

大气色散会影响高分辨率成像、测光和光谱观测的质量。利用国家天文台兴隆观测基地80 cm望远镜获得了四个波长范围和五个天顶距的大气色散实测值,波段范围为360~440 nm、360~550 nm、360~640 nm和360~790 nm,天顶距分别为59.8、57.6、48.1、47.8和36.4。讨论了实验过程中的四种主要误差来源,测量精度约为0.6。根据观测时的天顶距、温度、湿度和气压等数据,结合大气折射模型计算了观测当时的理论大气色散值,与实测值进行了对比分析,结果基本吻合。对大气色散的影响因素和大气色散对高精度天文观测的影响进行了探讨,为大口径高精度天文观测提供了减小大气色散影响的方法。大气色散实测和理论计算结果表明:该方法可获得较高精度的大气色散值;大气色散对大口径望远镜的高精度天文观测影响较大,需要根据观测目的采用辅助设备来减小大气色散的影响。     

中国典型地区大气光学特性及其应用

大气的光学性质决定了大气辐射平衡;各种先进光电技术的应用场景绝大部分都位于地球大气层内或通过大气路径,相关光电系统的功能受到大气光学特性不同程度的影响.大气光学特性(包括地表的光学特性和天空背景辐射特性)是光波在大气中传播和大气辐射传输研究必需的基础物理性质,在气象、气候和天文观测等基础和应用研究以及自适应光学技术、自由空间光通讯等光电工程应用中具有十分重要的作用.中国的自然环境十分复杂,相应的大气光学特性不能简单的套用国际上其它地区的模式.应进行中国大气光学特性的区域划分,在各个典型地区进行大气光学特性的系统测量和数据分析,对有关大量气象和大气光学特性观测资料进行分析研究,获得各典型地区大气光学特性的统计特征,建立可用于辐射大气传输、光波大气传播研究、光电系统分析与设计等的我国各个典型地区的大气光学特性的统计平均模式,研制光辐射大气传输及其光电应用软件包.     

大气相干长度测量信标自动跟踪系统

大气相干长度是研究大气湍流强度、激光大气传输以及自适应光学的重要参量之一.整层或有限距离相干长度的测量大多是以恒星、高空气球中光目标等作为信标光源的.一般依靠轨道跟踪或手动跟踪,跟踪能力差,测量时操作不便.为此研制了一套信标自动跟踪测量系统,可以实现各种不同条件下大气相干长度的自动跟踪观测,从而大大提高了测量性能.     

AML-2车载激光雷达测量边界层污染物分布廓线

介绍了AML-2车载式大气环境激光雷达系统结构和主要技术参数.详细阐述了测量气溶胶粒子消光系数和污染气体浓度的基本原理和数据处理方法.给出了2008年冬季大气参数合肥综合观测实验中获得的SO2、NO2、O3和气溶胶的垂直分布.从观测结果中可以看出,合肥冬季SO2和NO2的浓度比较小,O3有明显的时间变化,主要是由于受到...     

基于EMI 观测华北平原对流层NO2 的时空变化研究

利用中国科学技术大学开发的 GF-5/EMI 对流层 NO2 柱总量产品, 结合排放清单和地面降水、气温数据, 研 究了 2019 年 1–8 月华北平原对流层 NO2 的时空变化趋势。结果表明, NO2 污染集中在河南省、河北省和天津市, 河 南省焦作市 (1.670×1016 molecules·cm−2) 和河北省石家庄市 (1.426×1016 molecules·cm−2) 尤为严重; 周变化总体呈现“ 反周末效应”, 但部分农业城市趋势相反; 月变化从 1 月 (1.635×1016 molecules·cm−2) 起持续下降, 8 月降至最低水平 (1.839×1015 molecules·cm−2), 与月降水、月气温的相关系数分别为 −0.8622 (p = 0.0059 < 0.01) 和 −0.9162 (p = 0.0014 < 0.01), 与人为生活源月排放的相关系数为 0.9778 (p = 2.69×10−5 < 0.01); 以天津市为代表的华北平原工业城市污染 严重, 在未来大气污染治理中需继续关注。     

珠三角地区大气中HCHO、O3、NO2的监测与分析

利用长程差分吸收光谱技术于2008年10月15日至11月19日对珠三角地区江门市大气中的HCHO、O3、NO2等污染物进行了实时监测,结合气象数据,分析了江门地区主要污染物HCHO、O3、NO2的日变化特征;同时,对江门市的主要污染来源进行了分析。对比了HCHO和其他各类污染物浓度数据的相关性分析及变化趋势对比,结果表明江门地区的HCHO主要来源于二次污染。利用多元线性回归分析,进一步证明了该结论。     

基于OMI卫星数据结合车载DOAS技术修正的NOx排放通量估算

与搭载在EOS AURA卫星上的OMI（Ozone Monitoring Instrument）探测器相比,由车载被动差分吸收光谱（differential optical absorption spectroscopy,DOAS）技术获得的NO2柱浓度数据空间分辨率更高,因而能够更准确的反映出NO2时空分布情况,利用OMI NO2 Level2数据产品重构2013年6月石家庄及周边区域的NO2柱浓度分布,结合风场数据分析NO2柱浓度沿风场方向的空间分布,同时,使用车载被动DOAS系统对西南通道即石家庄-保定-北京路段进行走航观测,获取车载DOAS NO2柱浓度分布数据,使用指数修正高斯（exponentially-modified Gaussian,EMG）拟合方式,分别拟合OMI NO2 数据和经过地基DOAS数据修正后的OMI NO2 数据得到NOx排放通量分别为195.8 mol/s、160.6 mol/s。经过地基DOAS数据修正的NOx排放量小于卫星估算值,可能是由于卫星的空间分辨率较低导致的。     

基于MAX-DOAS观测的淮北冬季NO2变化特征

基于2018年12月8日~12月31日淮北地区多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)获得的太阳散射光谱观测数据,反演了该地区NO2对流层柱浓度, 并分析了冬季不同天气下NO$_2$浓度日变化特征。观测结果表明NO2浓度高值出现在12月18日~12月27日期间,日均值最大值6.83×10¹⁶ molecules/cm²出现在12月27日,约为日均值最低值的2.9倍。结合风场轨迹模型研究了不同大气条件下的风场,发现在NO2浓度较低时段主要为 偏北风场, NO2浓度高值时段偏南风场增加,表明城区产生的污染向观测区域进行了输送。将MAX-DOAS结果与OMI卫星结果进行了 对比,发现两者具有较好的一致性(R²=0.88)。     

大气污染定量遥感方法及其在长江三角洲的应用

分析了人为气溶胶的光学特性和卫星遥感象元信息构成的物理机制，并对象元信息概化为土壤、植被、水分等基本信息组分和污染气溶胶信息按一定方式的非线性集合，采用多波段卫星遥感数据，建立象元信息组合联立方程组进行象元信息分解，从TM卫星数据直接定量提取以象元为单元的区域大气人为气溶胶混浊度，实验结果表明，所提取的污染信息精度满足要求，应用该方法对长江三角洲地区1984年和1997年的污染情况进行探测，结果表明该地区污染范围和强度均在快速增长。     

2006-2014年南京都市圈对流层NO2时空变化特征及污染源分析

基于OMI(Ozone Monitoring Instrument, OMI)卫星传感器监测得到的2006年1月-2014年12月南京都市圈对流层NO2柱浓度数据和土地利用类型数据,利用余弦曲线函数和HYSPLIT后向轨迹模型,分析了研究区对流层NO2时空分布特征以及污染物的来源。研究发现,2006-2014年南京都市圈对流层NO2柱浓度呈现出逐年增长的趋势和冬高夏低的季节变化特征;研究区对流层NO2污染物主要来自两个方面：大气气流的输送作用影响了研究区对流层NO2季节性变化;不同的土地利用类型影响了南京都市圈的对流层NO2柱浓度。     

Algorithm for NO/sub 2/ vertical column retrieval from the ozone monitoring instrument

We describe the operational algorithm for the retrieval of stratospheric, tropospheric, and total column densities of nitrogen dioxide (NO/sub 2/) from earthshine radiances measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI), aboard the EOS-Aura satellite. The algorithm uses the DOAS method for the retrieval of slant column NO/sub 2/ densities. Air mass factors (AMFs) calculated from a stratospheric NO/sub 2/ profile are used to make initial estimates of the vertical column density. Using data collected over a 24-h period, a smooth estimate of the global stratospheric field is constructed. Where the initial vertical column densities exceed the estimated stratospheric field, we infer the presence of tropospheric NO/sub 2/, and recalculate the vertical column density (VCD) using an AMF calculated from an assumed tropospheric NO/sub 2/ profile. The parameters that control the operational algorithm were selected with the aid of a set of data assembled from stratospheric and tropospheric chemical transport models. We apply the optimized algorithm to OMI data and present global maps of NO/sub 2/ VCDs for the first time.     

基于卫星数据和深度学习方法预测京津冀地区地表 NO2浓度

二氧化氮 (NO2) 对人类健康和气候变化有着诸多负面影响, 随着中国城镇化和工业化进程加速, NO2污染成 为人们日益关注的问题。相关研究表明传统的单个站点监测结果只能代表数平方公里内的污染物水平, 无法提供大 尺度的污染物分布信息。相比于站点监测, 卫星遥感可以提供大尺度且时空连续的数据, 为研究大气污染提供了新 的角度。基于哨兵5P卫星的NO2柱浓度数据和气象、人口密度等其他辅助数据, 构建了对地表NO2进行预测的深度神 经网络 (DNN) 模型。并使用两种交叉验证方法对该模型进行验证。在基于样本的验证中, 模型的决定系数 R2、均方 根误差 (RMSE) 和平均预测误差 (MAE) 分别为0.80、7.72 μg/m3和 5.31 μg/m3;在基于站点的验证中, 模型的R2、RMSE 和MAE分别为 0.74、8.95 μg/m3和6.01 μg/m3, 两种验证结果都表明DNN模型具有较好的整体预测能力和空间泛化 性。此外, 与经典的地学统计和机器学习算法对比结果表明DNN预测性能优于其它方法。最后用训练好的模型获得 了京津冀地区 0.1° 的NO2分布图。     

基于EMI遥感NO2技术监测澳洲森林火灾活动

澳大利亚2019-2020年发生了大规模的森林火灾,本次火灾在六个月的时间内烧毁了超过800万公顷的桉树林.利用大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)对澳大利亚火灾期间的NO2变化情况进行了分析.研究发现,2019年11月,澳大利亚东南区域的NO2浓度及分布相比往年同期,出现明显的增长趋势.同时具体针对澳大利亚两大国家公...     

基于广义回归神经网络反演悬浮泥沙含量的定量遥感方法

利用2003年1月和2004年1月所获得的珠江口实测遥感反射率和悬浮泥沙浓度数据,根据MODIS专门的水色通道,建立了基于实测遥感反射率的广义回归神经网络（GRNN）模型来反演悬浮泥沙含量,并利用MODIS图像获取悬浮泥沙的浓度图。研究结果表明：GRNN模型计算方法简单,选取MODIS 8~15通道的遥感反射率组合作为输入时,模型的反演精度较为理想,平均相对误差为17.01%,相关系数为0.965。