基于WRF模式高光谱分辨率测温激光雷达系统分析

为了解析大气瑞利-布里渊散射光谱并获取0 km~16 km的大气垂直温度廓线,采用基于菲索干涉仪结合光电倍增管阵列的高光谱分辨率测温激光雷达(HSRL)对不同季节环境下的温度反演能力及系统误差进行了理论分析,得到了利用大气瑞利-布里渊散射光谱在结合Tenti S6模型进行拟合的情况下,不同的大气模型对温度廓线拟合的影响结果。结果表明,使用US76大气模型结合Tenti S6模型,经10000次脉冲积分后,在0 km~16 km范围内的最大随机误差为1.1 K;使用天气预报模式(WRF)提供的温压场代替US76模型的温压场进行模拟,随机误差随季节略有不同,春季不超过0.65 K,夏季不超过0.98 K,秋季不超过0.59 K,冬季不超过0.63 K;使用WRF模式进行HSRL系统探测能力评估结果优于使用US76的评估结果,若精选不同天气类型,该方法还可以拓展到评估不同季节下HSRL的随机误差,体现了将WRF模式用于HSRL评估的优势。该研究为HSRL测温系统在不同季节下的工作能力评估提供了参考。

微型变压吸附分离空气制氧均压过程

通过切换压力、均压时间、高径比以及吸附塔进出口压力研究了微型变压吸附制氧均压过程.实验结果表明在实验条件下,氧气纯度随切换压力的增加先增加后减小,且不同的均压时间对应的最佳切换压力相同;氧气纯度随均压时间的增加也是先增加后减小,存在一个最佳均压时间,此最佳值由吸附塔的结构决定;高径比大的吸附塔对应的最佳均压时间比高径比小的吸附塔对应的最佳均压时间长;均压过程中,进气吸附塔内的压力增加迅速,均压结束后,吸附塔内压力变化缓慢,且进出口压力曲线基本保持平行.

基于激光云高仪的雾霾过程探测

利用激光云高仪数据资料,得出气溶胶后向散射系数时序图、消光系数廓线图以及能见度,结合探空资料、自动气象站数据以及能见度仪数据,综合分析了雾霾天气过程.结果表明:雾霾天气的出现受气象要素的影响较大,静、小风有利于霾的出现,较高的相对湿度有利于雾霾共存,并且对能见度产生较大影响;雾后向散射强度较大,后向散射系数在垂直方向变化率大,出现高度较低;霾后向散射强度较小,霾空间分布均匀,后向散射系数垂直变化小,出现高度较高.利用激光云高仪数据反演水平能见度和垂直能见度,所得水平能见度与能见度仪所测能见度基本一致.垂直能见度与相对湿度日变化趋势大致相反,与风速日变化趋势基本一致;分析雾和霾天气下后向散射系数随时间变化特征发现,雾霾天气下傅里叶变换的功率谱分布,与雾和霾的边界特征相对应.

用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达

大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用,为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布,建立了瑞利-拉曼温度测量激光雷达。介绍了瑞利-拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利-拉曼激光雷达的主要参数;数据处理方面,通过背景噪声剔除和小波算法降噪提高系统的信噪比;使用研制的激光雷达对大气温度廓线进行观测,将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行对比,均显示较好的一致性,证明了激光雷达温度测量结果的准确性,其温度测量数据可以用于气象学研究。

条纹技术测风激光雷达研究

使用单纵模355nm激光作为发射光源,Fizeau干涉仪作为光谱鉴别设备,对条纹技术测风激光雷达进行了研究.对激光器频率抖动和Fizeau干涉仪光谱进行了分析,建立了条纹技术激光雷达系统,使用Fizeau干涉仪扫描的方法对系统进行了风速标定.利用研制的激光雷达系统对引入的参考光信号和大气后向散射信号进行同时测量,得到1.5km以内的大气风速剖面.

用于激光云高仪的微分增强云检测方法

激光云高仪是对大气中云的时空分布进行自动连续监测的有力工具之一,现有的云检测算法在低信噪比或有气溶胶影响时容易产生误判或漏判。文中分析了激光云高仪回波的原始信号、一阶微分信号和二阶微分信号特征,构造了两个新的信号序列,提出了一种微分增强云检测方法。该算法可以实现对云回波信号中云峰和云边界特征的增强和分离,有效修正了低信噪比和气溶胶层对云检测带来的误差。通过实验对比了微分增强法和微分零交叉法的云检测结果,结果表明:微分增强法在不影响云高判别的情况下,能有效地减少云的漏判和误判。

变压吸附流体力学模拟

通过流体力学方法对变压吸附(PSA)系统进行模拟与优化。采用一维瞬态流体力学建立了PSA均压过程的理论模型,对PSA均压过程进行了模拟研究,得出均压时间随均压管道直径、吸附塔的体积、气体的组分等因素的变化关系,为均压管道的计算提供理论依据;采用计算流体力学对气体分布器的流场进行了模拟研究,并根据流场的特点开发了新型气体分布器,且计算结果显示流场分布较好;另外,对程控阀的流道进行了模拟研究,并根据模拟结果对流道进行了优化,结果显示,优化后的流道克服了原流道的弊端。

云空间分布的扫描激光雷达观测

激光雷达在云观测中起着非常重要的作用,是云遥感探测的主要仪器之一。目前,激光雷达大都是固定指向天顶角或者某个角度,对云分布的取样有限。本文建立用于云观测的扫描激光雷达,该系统使用小型固态激光器背负于接收望远镜上,望远镜固定于三维扫描平台,整个系统可以工作于不同的扫描模式以实现全天空云的监测。通过利用该扫描激光雷达对云的分布进行测量,并与已有激光雷达观测数据的对比,结果表明,与传统激光雷达相比扫描激光雷达能够精细的描述出云高和云光学厚度的空间分布,体现了扫描测量激光雷达在云探测方面的优势。

小型变压吸附制氧技术试验研究

研究了分子筛种类、切换时间、均压步骤、高径比以及储气罐体积对小型变压吸附制氧效果的影响。实验表明,LiX分子筛的制氧效果最好,采用LiX分子筛可以减小制氧机的体积,并提高制氧机的性能;氧含量随着切换时间的增加先增加后减小,存在一个最佳切换时间,此切换时间要通过实验确定;均压步骤的引入可以很大程度上提高氧含量和回收率,起到很好的节能效果,其中吸附塔两端均压工艺的制氧效果最好。增加高径比有利于提高氧含量,但是高径比过大制氧效果会降低;增加储气罐的体积有利于提高氧含量。

压力对微型变压吸附制氧的影响

对微型变压吸附制氧系统的吸附器进出口和储气罐内的压力进行了实验研究。通过对压力曲线的分析,可以将无均压流程的吸附循环划分为升压吸附、卸压解吸和反吹清洗3个阶段,将有均压流程的吸附循环划分为均压升压、升压吸附、均压降压、卸压解吸和反吹清洗5个阶段;并对均压步骤、均压时间、反吹阻力等参数对压力曲线的影响进行了分析。

激光云粒子探测技术

云滴粒子探测器是人工影响天气的重要测量仪器之一,为建立可用于业务的云滴粒子探测器,对云滴粒子探测器的光学系统进行设计。该探测器使用单模光纤耦合输出的685 nm的激光作为光源,通过方形光阑和4 f光学系统产生均匀照明,接收系统中利用45°反射镜中心开孔抑制直接入射光,并用小孔光阑控制整个光学系统的景深。实验结果表明,激光整形后光束近似均匀,系统能对直接入射光具有较强的抑制能力、景深控制方案合理。利用小孔光阑模拟云滴粒子实验表明,该样机具有云滴粒子探测能力。

微型变压吸附制氧与氧疗保健

微型变压吸附制氧具有方便、灵活以及可长期连续供氧等特点,是家庭氧疗保健的最佳供氧方法。随着微型制氧技术的发展,微型变压吸附制氧机的各项性能指标逐步提高。微型变压吸附制氧应用于氧疗保健可以治疗病理性缺氧疾病,可以缓解生理性缺氧症状、环境性缺氧症状。随着人们对氧疗保健认识的深入和供氧设备的发展,氧疗保健将得到快速发展。

光谱稳定性对直接探测多普勒测风激光雷达的影响研究

从种子注入固体激光器的不稳定和多普勒频移检测干涉仪的光谱漂移出发,模拟和分析其对基于双边缘探测技术的直接探测多普勒激光雷达风速测量准确度的影响.模拟结果显示,在5 min积分时间的30 000个脉冲内,如果达到风速准确度1 m/s,要求激光器出现多纵模的脉冲不能超过总脉冲个数的0.06%.在干涉仪光谱稳定方面,使用两级温控可以将干涉仪温度控制在±0.002℃,对应风速误差为±0.226 m/s.同时提出通过监视种子注入过程中的脉冲建立时间和干涉仪温度,可以在数据反演时,消除激光频率跳动和干涉仪光谱漂移对风速测量准确度的影响.

瑞利激光雷达探测南京上空平流层大气温度

为了解平流层大气温度变化规律,利用瑞利-拉曼-米散射激光雷达对南京上空平流层温度进行长期观测,对观测数据的分析表明:夜晚平流层温度受到重力波的影响,重力波破碎会导致局部温度升高,温度相对变化可以达到12%;在季节变化的过渡月份(4月和10月),平流层中低层温度会有所升高,对应的平流层高层温度降低;平流层温度月变化方面,除局部由于行星星际波的影响外,各月份平流层温度整体上相对比较稳定,激光雷达所测大气温度与大气模式温度具有一定的差别。最后,利用平流层温度廓线提取了重力波信息。

基于激光雷达和毫米波云雷达的卷云特性分析

使用美国ARM计划安徽省寿县站2008年的微脉冲激光雷达和毫米波雷达的观测数据对寿县上空卷云的宏观物理特性进行了分析，联合两种雷达观测卷云扩大了卷云的边界轮廓，得到更为全面的卷云信息，结果表明了联合激光雷达和毫米波雷达观测卷云的必要性。在此基础上，对观测期间寿县上空的卷云个例进行统计分析，结果显示：卷云过程的平均云底高度分布在5～10km，其中6～7km范围所占的频率最大；平均云厚的分布范围为0．25～5km，其中90．8％分布在0．5～2．5km；卷云过程持续时间总体上随着持续时间的增大呈减少的趋势，持续时间最长为35．5h，平均为3．6h，持续时间小于5h的卷云过程占82．5％。

一种新型云粒子探测仪的研制及初步观测结果分析(英文)

云粒子探测仪效率高、结构简单,在人工影响天气的活动中起着重要的作用.本文提出一种使用单模光纤耦合输出的685nm激光作为光源的新型云粒子探测仪.该仪器利用小孔光阑切割激光光束,使用相对均匀的中央部分的光束照亮云滴,采用具有两个高速A/D转换芯片(10M/S)的嵌入式计算机来不断地获取和处理云滴粒子信号,将所有云滴的原始数据存储在嵌入式计算机的固态磁盘中进行云滴粒径分布计算,并将计算结果发送到机舱内主计算机中即时显示.实验中,使用固定尺寸的标准粒子对仪器进行标定,获得不同直径云滴粒子信号变化幅度,从而获取该探测仪对云滴粒子的响应曲线;将探头安装在飞机上进行了现场观测实验,结果表明这种探头具有云滴测量能力.

变压吸附提氢过程数值模拟研究

采用非等温模型模拟研究了五床三组分变压吸附提氢过程。研究结论表明,当产品氢纯度为99.999%(y)时,计算条件的氢气收率为81%(y),与工业装置的运行结果吻合。从吸附开始到吸附过程结束,各种气体浓度锋面所围成的图形接近一个"橄榄"形。从吸附结束到顺放结束的顺向降压过程,吸附床下部的杂质开始解吸,各气体的浓度锋面曲线逐渐发散。在整个循环过程中,吸附床出口的氢气摩尔分数一直保持在99.98%以上。

变压吸附数值模拟的研究

从变压吸附的控制方程入手,分析了瞬时平衡模型、线性推动力模型以及孔扩散模型,并对软件化模拟变压吸附系统进行了论述。利用三维流体力学模拟软件,可以模拟并优化吸附塔的气体分布器及其他塔内件,优化程控阀的流体力学性能;利用一维流体力学模拟软件,可以对变压吸附系统管网仿真与优化。利用大型商用软件对变压吸附系统进行从微观的流动细节模拟到宏观的运行状态模拟,是变压吸附数值模拟和系统优化的发展方向。

夜光云内小尺度重力波对冰晶粒径谱的影响规律研究

本文利用AIM卫星搭载的CIPS云图反照率和冰晶粒径数据,从中提取了2007/08南半球和2008年北半球共6489个小尺度重力波活动（波长5~150km范围）个例,对重力波区域与背景云层冰晶粒径谱进行对比分析,从而研究重力波对冰晶平均半径和谱宽的影响规律.结果表明,北半球重力波区域冰晶的平均半径和谱宽分别比背景云层小2.5nm和6.1nm,南半球则分别减小1.1nm和7.9nm.在随纬度的分布上,小于80°时,南北半球的平均半径扰动值均为负值,绝对值随纬度增大而减小,而大于80°时,负扰动转变为正扰动,且绝对值增加;谱宽扰动的绝对值也随着纬度增加而减小,但均为负值.在季节内随时间的分布上,南北半球重力波对冰晶平均半径和谱宽的扰动在始末阶段以负值为主,且绝对值较大,而在中期阶段正负值相当,且绝对值较小.这一特征与重力波引起冰晶粒径变化的振幅在纬度和时间上的分布趋势一致.重力波的波长均随纬度升高而减小,在季节的始末阶段较大,中期小,且南半球的平均波长和变化幅度都要明显大于北半球的,粒径扰动振幅随波长的变化率为南半球0.207nm·km-1,北半球的0.163nm·km-1.根据分析推断,重力波自身的扰动振幅应与其影响区域内的谱参数相对于背景云层的变化量有直接关系,且振幅越大,平均半径和谱宽的负扰动就越大.

微型变压吸附制氧研究

对微型变压吸附制氧的工艺流程、能耗、噪声以及控制系统进行了深入研究。目前微型变压吸附制氧有无均压、进气均压、出气均压3种工艺流程,其中有均压流程能耗较低、制氧效果较好。由于技术水平等原因,国内各厂家生产的微型变压吸附制氧机在能耗噪声等方面与国外产品相比存在一定差距,需要进一步提高技术水平。控制系统决定着整机的性能,因此,研究性能稳定的控制系统,对微型变压吸附制氧尤其重要。