基于对比度的空中红外点目标探测距离估计方法

基于最小分辨对比度准则,研究了天空背景下红外点目标的最大探测距离估计方法.首先,分析了红外波段大气辐射传输与衰减、对比度限制光电成像系统功率响应特性,建立了目标表观对比度模型,并推导出了由气溶胶消光系数和距离参量确定的探测距离方程.然后,对目标天空背景温差、发射率,气溶胶衰减系数,瞬时视场、对比度探测阈值以及辐射波长等参数作了详细讨论.最后,利用LOWTRAN7程序的典型大气模式数据,对红外点目标探测距离进行了数值模拟.     

微波辐射计在降水过程中的应用

文章利用平和县气象观测站2018-08-04降水过程的地面观测资料,结合微波辐射计的探测数据进行了相关性研究。结果表明:QFW-6000型微波辐射计的探测资料能够较好地反映整层大气要素的分布情况及演变特征,探测参量在降水预报服务中具有重要指示意义。     

基于MODIS和太阳光度计对台湾地区气溶胶光学厚度的分析研究

目前,大气气溶胶光学厚度探测主要有卫星遥感和陆基探测两种手段,其中陆基太阳光度计探测气溶胶光学厚度是目前气溶胶遥感手段中最准确的方法,常用来验证卫星气溶胶光学厚度遥感的结果。而卫星遥感气溶胶光学厚度我们常选取MODIS气溶胶产品进行研究,MODIS气溶胶反演算法是美国NASA基于一定气溶胶模型建立的,但这种模型在我国的气溶胶反演中是否具有准确性,是需要进一步研究的。而对于研究区域的考虑,我们选取我国AERONET站点(全球气溶胶自动观测网)最密集的台湾地区进行研究,利用台湾地区四个AERONET站点的地基太阳光度计测得的气溶胶光学厚度和MODIS气溶胶产品的光学厚度进行对比、验证。主要通过:(1)对MODIS与光度计观测的气溶胶光学厚度分布规律进行对比分析;(2)对处理后的MODIS与光度计观测的气溶胶光学厚度结果进行线性回归分析。旨在通过分析了解两种探测手段的差异,为气溶胶相关研究提供一定的参考价值。     

江苏地区激光雷达网络在一次沙尘天气过程中的应用分析

文章利用淮安、泰州和太仓3地的气溶胶激光雷达、风廓线雷达及探空等综合观测资料,根据观测期间的气象特征和大气能见度与近地面PM10观测数据,从卫星观测结果、激光雷达组网以及沙尘传输路径三方面分析了江苏地区2017-04-17~2017-04-19的1次浮尘天气过程中气溶胶的垂直结构,为大气重污染成因研究提供立体观测数据,为重污染天气应对提供数据支撑。     

厦门地区气溶胶折射率的测量研究

针对气溶胶折射率在分析大气气溶胶光学特性中的重要性,本文提出了一种综合利用黑碳仪、浊度计和光学粒子计数器反演大气气溶胶折射率的新方法。该方法根据黑碳仪和浊度计测量的气溶胶吸收系数和散射系数以及粒子计数器测量的粒子谱分布,采用球形粒子的米（Mie）散射理论,通过分析吸收系数、散射系数、粒子谱分布和折射率之间的关系来反演大气气溶胶粒子的折射率,该方法可以同时反演折射率实部和虚部。通过与其它独立的测量结果对比表明：该方法反演气溶胶折射率是合理的。最后利用此方法对厦门地区的气溶胶折射率进行了分析。     

卫星与地基闪电探测资料在闪电活动研究中的综合应用

利用闪电探测资料研究闪电放电特性及其活动特征,对于雷电灾害的监测和预警具有重要意义。卫星闪电探测不受下垫面条件限制,可观测覆盖区域内的总闪电,但无法区分云闪与地闪,地基闪电探测以定位地闪为主,且二者探测原理不同。本文分析了卫星与地基闪电探测在观测目标、定位精度和探测率等方面的差异;在此基础上,利用卫星闪电成像仪TRMM LIS与我国国家雷电监测网资料,提出一种结合星地同步闪电观测数据的闪电活动分析方法,该方法对两种资料中时空特性较为相近的探测单元进行匹配处理,通过聚类算法得到闪电信息;利用该方法分析了我国西南地区2008~2014年的闪电分布特征。结果表明:该方法可有效获得观测区域的闪电信息,且从气候与地形因素等方面可对分析结果给予解释;下一步结合静止卫星闪电探测资料,可从数据匹配误差上获得改进,同时可将多源闪电观测资料结合的方法扩展到更多应用。     

便携式双视场米散射激光雷达系统的研制

基于双视场设计的便携式米散射气溶胶激光雷达克服了传统米散射激光雷达盲区和过渡区大的缺点,实现了盲区和过渡区小于55 m的实际观测结果,这对近地面大气气溶胶的时空演变观测非常有效。详细介绍了该激光雷达样机系统的结构设计、技术参数,介绍了该双视场激光雷达双视场的信号拼接方法,既实现了远场的高信噪比探测,也保证了近场近乎零盲区的探测,可更加有效地应用于大气气溶胶的测量研究。通过与传统高能量的米散射气溶胶激光雷达平行比对,二者相关系数R~2=0.95,拟合的斜率为2.92,截距为0.011 a.u.,具有良好的一致性。通过对该激光雷达进行便携式小型化设计,可以方便可靠地将之集成于车载、机载等走航平台,实现对大气气溶胶的遥感测量。通过在线实验,表明该双视场激光雷达可有效应用于距地面10 km以内的大气气溶胶连续观测。     

厦门地区气溶胶折射率的测量

针对气溶胶折射率在分析大气气溶胶光学特性中的重要性,提出了一种综合利用黑碳仪、浊度计和光学粒子计数器反演大气气溶胶折射率的新方法。该方法根据黑碳仪和浊度计测量的气溶胶吸收系数和散射系数以及光学粒子计数器测量的粒子谱分布,采用球形粒子的米（Mie）散射理论,通过分析吸收系数、散射系数、粒子谱分布和折射率之间的关系来反演大气气溶胶粒子的折射率,并可以同时反演折射率实部和虚部。与其它独立的测量结果对比表明,该方法反演气溶胶折射率是合理的。最后,利用此方法分析了厦门地区的气溶胶折射率。     

激光雷达霸州地区气溶胶观测分析

文章选用位于霸州气象观测站的激光探测雷达观测数据,对数据进行校正和反演得到霸州地区上空的气溶胶光学厚度;选用整层大气数据对光学厚度夏季日变化的情况进行了分析;利用统计绘图法,根据波形变化对数据进行精细化分析,判断其为较大范围的雾霾,并利用能见度数据进行验证,找出污染发生的具体时间和高度,同时在分析随时间变化过程方面进行了一次尝试。     

光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化,提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型,分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度,讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示,在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1;增加光热作用区m个,探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本,易于进行温度修正等优点。     

基于宁波地区大气颗粒物监测激光雷达的一次灰霾过程分析

文章利用颗粒物激光雷达、空气污染物监测仪器及能见度仪等数据资料对奉化冬季12、1、2月的灰霾过程进行分析,选取2015-12-14～2015-12-16的1个典型灰霾发生个例,结合地面气象要素,分析了灰霾发生过程中相对湿度、能见度以及风速数据的变化,进而分析出灰霾发生的原因。同时利用颗粒物激光雷达数据对灰霾的时空分布特征进行解析,了解灰霾发展消散期间气溶胶在时间和空间上的分布特征,进一步了解灰霾的光学特性。     

Measurement of aerosol absorption using photothermal low coherence interferometry

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化,提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法.建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型,分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度,讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限.结果显示,在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6m-1;增加光热作用区m个,探测灵敏度理论值可提高m倍.理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本,易于进行温度修正等优点.     

手持式五波段太阳光度计

太阳光度计MICROTOPSII是一个测量气溶胶光学厚度的简单、准确和可靠仪器。通过测量在5个波段的太阳辐射,仪器可直接计算在5个波段的气溶胶光学厚度。本文详细介绍了太阳光度计的测量原理、定标技术和操作方法。水色遥感的一个关键问题是大气校正。利用该仪器对渤海海域上空气溶胶的分布进行了调查,获得了大量宝贵数据。     

利用太阳直射光谱仪反演大气气溶胶光学厚度与能见度

摘,,要:利用太阳直射光谱仪采集的太阳直射光谱进行测量反演,得到大气和气溶胶的光学厚度,再利用Junge分布,对气溶胶光学厚度进行反演计算,获得了对应天气状况下的大气能见度值。分析结果表明气溶胶光学厚度随天气状况变化较大,在能见度较小的情况下气溶胶随波长增加而增大,在能见度较大的情况下气溶胶随波长增加而减小。     

双散射角光学粒子计数器的研制

为了实现同时测量气溶胶粒子的谱分布和折射率,研制了一种新的双角度光学粒子计数器(D-OPC),该计数器采用60°和110°双散射角系统对气溶胶谱分布进行测量.利用Mie散射理论定义敏感函数,选取两个最佳的散射角,使其既对折射率敏感又不线性相关.然后,利用气溶胶折射率对两个散射角系统敏感性的差异来反演气溶胶折射率.最后,利用该仪器对大气气溶胶谱分布以及折射率进行实际测量.与TSI公司黑炭仪和浊度计测量的吸收系数和散射系数对比表明,双散射角光学粒子计数器测量气溶胶折射率和谱分布结果合理,测量误差<20%,可以满足同时测量气溶胶粒子谱分布和折射率的需要.     

中国部分地区的春季气溶胶光学特性

为了研究不同地区的气溶胶光学特性,了解地区间气溶胶成分和来源的差异,建立了典型地区的气溶胶光学模式。基于POM02太阳辐射计测量的太阳直射辐射和散射辐射值,利用SKYRAD算法获得了青海德令哈、安徽合肥、广东茂名3个地区的春季气溶胶光学特性参数,包括谱分布、折射指数和单次散射反照率等。然后基于这些参数对气溶胶来源和分布特征进行分析,最后分析了浮尘天气对气溶胶光学参数的影响。结果表明德令哈地区大气清洁度较高,24%的光学厚度分布在0.2以下,气溶胶来源单一,以大粒子为主导;合肥地区有39%的波长指数分布在0.8~1.0之间,折射率实部随波长变化不明显,气溶胶来源复杂,以小粒子为主导;茂名地区54%的光学厚度集中在0.5左右,分布区间稳定;沙尘天气中,大粒子的增加是气溶胶光学厚度增大的主要原因。     

CALIPSO星载激光雷达系统在全球气溶胶探测中的应用

气溶胶对于地球候系统具有非常重要的作用,气溶胶变化是气候预测不确定性的主要依据,CALIPSO是第一个提供全球气溶胶观测的星载激光雷达系统。文章阐述了星载激光雷达系统CALIPSO的结构和理论基础;介绍了利用其搭载的偏振激光雷达CALIOP对全球范围内的气溶胶进行探测的原理,并利用实测的2013年1月全球气溶胶信息,对全球气溶胶及光学厚度分布进行分析。结果表明,在冬季非洲中部、中东、印度、中国大陆地区是探测到的气溶胶密集区,由于工业活动的影响,平均光学厚度甚至达到0.4~0.6。     

风廓线雷达探测资料分析

本文在叙述风廓线雷达测风原理、大气散射机理与风廓线雷达回波强度关系的基础上,对某型风廓线雷达探测数据与气球测风资料进行了对比,分析了两种不同测风体制生成的风探测资料的差异,同时对风廓线雷达探测资料在靶场不同天气过程下的特征进行了初步分析,为进一步发挥风廓线雷达在常规靶场的应用提供了一些参考。     

AE-31型黑炭监测仪及其使用维护与故障处理

本文介绍了黑炭气溶胶的基础知识和大气成分观测常用的黑炭气溶胶监测仪Aethalometer AE-31型的工作原理、构成部件、使用要点、巡查维护和故障排查处理等内容。对日常工作中常用的维护使用经验进行分析总结,给出简单故障的排查处理方法,以提高黑炭气溶胶监测仪运行的稳定性以及数据的完整性和准确性。     

微脉冲激光雷达反演气溶胶的水平分布

城市近地面气溶胶的分布随时空快速变化,常用的地基定点监测只能获取区域内有限位置的气溶胶质量浓度,大致反映区域内气溶胶的分布情况。为确定气溶胶和污染物在城市近地面水平路径上的分布情况,利用微脉冲激光雷达(MPL)、粒子计数器、能见度仪和颗粒物质量浓度监测仪获得的气溶胶数据,根据Mie散射理论建立了气溶胶消光系数、粒子谱分布和质量浓度等参数的数学模型,反演得到了水平路径上的气溶胶质量浓度分布。该方法可以以测量点为中心进行0~6km的360°的水平扫描,具有监测范围大、分辨率高的优点。最后开展了气溶胶水平分布的实际测量,获得了距离6km长的水平路径上近地面气溶胶质量浓度的实时分布。这为研究城市气溶胶的污染来源和动态变化提供了有效的数据支持。