地基热红外亮温遥感云底高度可行性的模拟研究

本文利用Modtran4.0模式比较系统地研究了不同强度(以地面能见度表示)和不同类型气溶胶情况下,晴空和各种云所形成的天空红外亮温Tb(InfraredBrightnessTemperature)随地面观测天顶角的变化,从中发现利用Tb观测来遥感云底高度CBH(CloudBaseHeight)的可行性,以及定量分析气溶胶层的影响.并且根据模拟计算结果,推出了由地面温度和湿度来计算晴天和不同CBH的中低云天天顶Tb的统计算式,以及由观测Tb和地表温、湿值反演CBH的方法.从模式计算和试验的初步结果可以看出:对于低云和中云,地基观测的Tb对CBH的变化有相当的敏感性,因此可以用于CBH的反演.地面气溶胶(能见度和气溶胶类型)对天空背景Tb有明显的影响,必须加以订正.但由于其影响对不同天顶角的贡献有一定的规律性,因此有可能得到较好的订正.

北京地区大气气溶胶光学厚度的观测和分析

利用中国科学院大气物理研究所研制的中分辨率太阳-天光光谱自动观测系统(MORSAS)于北京对太阳直射光谱和天空散射光谱进行准连续观测,其中无云情况(包括晴天和浑浊天气)下的观测资料用于获取大气气溶胶光学厚度.该仪器与一台美国NASA主持的国际气溶胶观测网仪器CIMEL CE-318太阳光度计进行对比观测,二者所得结果一致性较好.作者给出了近3年北京地区大气气溶胶光学厚度和表征粒子谱宽度的Angstrom指数(a)的变化情况.与20世纪90年代中期相比,近3年北京秋冬季气溶胶光学厚度有所减小,表明北京的环境治理有一定成效;而春季气溶胶光学厚度则在近2年有明显增加,源自沙尘天气,且Angstrom指数亦变小,表明大粒子比例增加,因此需要加强对沙尘源的治理.

地基热红外云高观测与云雷达及激光云高仪的相互对比

2008年5月至12月中美(美国能源部大气辐射测量(ARM)计划)联合利用ARM移动观测设施(AMF)在安徽省寿县进行了大气辐射综合观测试验,地基云参数观测仪器主要有:(1)云雷达(ARMW-band(95GHz)CloudRadar),观测结果为反射率廓线,时间分辨率为2s;(2)云高仪(Vaisala Ceilometer),观测结果为云底高度和后向散射廓线,时间分辨率为15s。两者均为天顶方向观测。扫描式全天空红外成像仪(SIRIS-1型)于11月27日～12月30日在寿县参加了观测,观测方式为全天空扫描,时间间隔为15分钟。三种云观测仪器共并行观测16天。利用全天空红外成像仪测得的天空红外亮温和同步观测的地面气象数据进行了等效云底高的反演。以全天空红外成像仪天顶方向观测时间前后15次云雷达反射率廓线的平均廓线,云高仪12次观测中有云时次云底高的平均值分别作为同步观测结果,利用平均反射率廓线进行了各层云的云底、云顶、回波峰值高度和回波积分值的提取和计算。三种观测仪器以10km云底高为限,共同步观测1661次,其中云雷达、红外成像仪和云高仪分别观测到云:428,287,225次。本文分3种情况:(1)全部有云观测情况,(2)单层云,(3)双层及三层云,分别进行了三个仪器观测云高的对比。对比结果:情况(1),云雷达与云高仪、云雷达与红外成像仪的相关系数分别为0.6和0.82;情况(2),三者共同观测75次,云雷达与红外成像仪相关系数为0.85,与云高仪相关系数为0.53,标准差分别为0.88和1.61km;情况(3),红外成像仪云底高绝大多数在云雷达观测的最上、最下层云之间,有时接近上层云,有时接近下层云。对比结果显示,地基热红外对于观测中低云高具有稳定、可靠、经济和便捷等优势,但观测结果较云雷达系统偏高。文中同时提出了初步的校正方法。

利用扫描式红外亮温仪对天空云量的试验观测

利用中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室自主开发研制的全自动扫描式天空红外亮温仪,于2007年4—8月在北京市气象局南郊观象台进行了试验观测。利用获得的天空红外亮温数据和南郊观象台(54511站)实时地面气象数据,进行了天空云量的计算。将整点前30 min内观测的云量的平均值作为与观象台观测对应的整点观测云量,分不同情况与观象台目视观测结果进行了对比分析。结果表明:(1)对于中低云,两种观测的云量比较一致,但如果在此期间云消散或增加很快,则差别较大。其主要原因是观测的时间和方式不同所造成的。(2)对于以卷云为主的天空情况,特别是高层薄卷云的情况,两种观测的云量差别较大。原因是受到目前试验所使用的红外传感器低温测量范围的限制(-50℃),以及判定云的阈值算法目前还只对于中低云比较适用,对于卷云的判断能力比较薄弱。(3)对于天空情况比较复杂,以及能见度不好的情况(气象站目视云量记录为10-),两种观测的云量差别也很大。其差别既受到仪器性能的影响,也与观测员视力与经验有关。仪器受到最低测量温度的限制,反演算法也有其不确定性,而观测员在低能见度时的观测局限性亦是一个重要原因。利用SIRIS-1进行云量和云底高度观测的优点是时间分辨率高,且全天时自动化,但对于卷云的判断还较薄弱。

农业废弃物吸附重金属的研究进展

农业废弃物是一种来源广泛、经济且环保的天然吸附剂,尤其对废水中的重金属离子有着很强的吸附能力。综述了几种农业废弃物和改性后农业废弃物吸附废水中重金属离子的研究进展以及影响因素,指出了该方法应用中存在的主要问题,提出了未来的发展方向。

基于系留气艇平台的红外辐射传输算法实验验证

中国科学院大气物理研究所中层大气和全球环境探测重点实验室(LAGEO)建立了以系留气艇为平台的综合探测系统。通过气艇在大气边界层上升、下降过程获得不同高度的气象参数和同时的辐射参数。以气象参数为输入,应用辐射传输模式(MODTRAN4.0)获得模式辐射输出,将其与实测辐射值作对比,验证MODTRAN4.0模式的准确性,为有关目标识别与遥感提供基础。2006年8月在中国科学院大气物理研究所香河综合观测站利用系留气艇平台进行了验证实验,并对热红外波段的模式对比结果进行分析。结果表明:所建实验系统具备进行模式验证的能力,在热红外波段,MODTRAN4.0模式输出结果与实测辐射亮度之间的相对误差的均方差在边界层大气条件下小于3%。

超高效液相色谱法测定利拉鲁肽原料药的含量

建立了快速、准确、灵敏的测定利拉鲁肽原料药的方法。采用Waters ACQUITY Ultra Performance LC系统(UPLC),Acquity UPLC BEH C18色谱柱(1.7μm,2.1 mm×50 mm),以乙腈-10 mmol/L NH4H2PO4为流动相梯度洗脱,流速为0.21 m L/min,柱温为35℃,检测波长为215 nm。结果表明:该方法高效、快速、灵敏,能很好地测量利拉鲁肽原料药含量。

大气探测高技术及应用研究进展

大气探测技术是支撑大气科学,特别是大气物理和大气环境学科发展的重要基础,其主要任务是发展新的探测和试验手段、原理和方法,为认识大气运动以及大气中各种物理、化学、生物过程的基本规律及其与周围环境的相互作用提供技术手段和方法。除了充分利用国内外已有的成熟技术和产品对大气科学发展提供支持外,大气探测还存在一系列科学与技术问题需要研究和开发,这也是大气探测科学与高技术的前沿。本文从强对流和降水探测技术、雷电探测技术、云特性探测技术、臭氧和气溶胶等大气成分探测技术、地基GPS观测反演大气和海洋参数、大气与环境综合探测平台六个方面综述近五年来中国科学院大气物理研究所在地面大气探测高技术研发、实验观测及相关研究领域所取得的一些主要进展,并对未来发展进行展望。

影响地面紫外辐射的因素分析

通过作者改进的离散坐标法（ＤＩＳＯＲＴ）辐射传输模式和部分观测资料考察了臭氧总量及其垂直分布、二氧化硫、气溶胶及火山气溶胶、地表反照率、太阳天顶角对到达地面紫外辐射的影响，以及云与紫外辐射的相互作用，给出了一些最主要的结果。此外，还简要地介绍了国内外紫外辐射观测研究的一些进展，特别是欧盟委员会资助开展的“确定ＵＶ－Ｂ辐射观测网标准”的科学计划。

中国北方地区春季气溶胶光学特性地基遥感研究

基于中国北方地区地基太阳直接/散射辐射计观测,分析了2001年春季气溶胶光学厚度、尺度和吸收特性。沙尘期间,气溶胶光学厚度显著升高,而尺度上升,粗粒子浓度显著增加,大气气溶胶表现出中性或异常消光特征。除沙尘活动之外,中国华北地区人为排放也是导致气溶胶光学厚度偏高的一个重要原因。中国沙尘源区气溶胶单次散射反照率小于以往观测和模式结果。北京和香河两地气溶胶光学厚度、Angstrom指数和尺度谱基本相似,说明华北地区人为排放与沙尘活动类似,也表现出区域尺度的特点。由于沙尘气溶胶与人为排放气溶胶相比,折射指数实部偏大、虚部偏小,从而北京地区沙尘期间单次散射反照率明显大于非沙尘期间,特别是在近红外波段,说明沙尘活动不仅可以通过增加气溶胶光学厚度,同时也通过改变气溶胶物理、辐射特性来影响下游地区的气溶胶辐射强迫。

紫外辐射传输模式计算与实际测量的比较

利用改进的离散坐标法紫外辐射传输模式，应用各种可测得的实际大气物理参数，模拟了１９９３年７月２４日德国加尔米希一帕特科琛（Ｇａｒｍｉｓｃｈ—Ｐａｒｔｅｎｋiｒｃｈｅｎ，４７．４７°Ｎ，１１０７°Ｅ）地面紫外辐射的全天分布，并与１９９３年秋天第三次欧洲紫外辐射光谱仪比对活动期间通过了严格绝对标定的奥地利莫斯布鲁克（Ｉｎｎｓｂｒｕｃｋ）大学的紫外光谱仪的实际观测资料进行了比较，进行了余弦响应订正后，计算与测量的绝对值差别很小，最大误差对地面ＵＶＢ通量（２８０～３２０ｎｍ）是０．０７Ｗ／ｍ２（正午的通量为３、２Ｗ／ｍ２）。对ＵＶＡ（３２０～４００ｎｍ）最大误差是２６Ｗ／ｍ２（正午通量为５４Ｗ／ｍ２）计算与测量的平均偏差为５％～１３％，这表明，地面紫外辐射水平也可以利用其他大气观测资料通过模式计算间接得到。

POLDER-2/PARASOL卫星气溶胶业务产品在北京地区的验证分析(英文)

利用地面AERONET/PHOTONS气溶胶观测网北京和香河站点的资料,在北京地区对POLDER-2/PARASOL卫星多角度偏振信息获得的气溶胶反演产品进行了验证分析。地基AERONET/PHOTONS观测网的体积谱分布资料分析显示,在北京地区气溶胶尺度分布的细粒子截断半径约为0.3μm。将POLDER-2/PARASOL卫星气溶胶业务产品和重新定义的地基AERONET/PHOTONS细模态(半径r<0.3μm)气溶胶光学厚度(AOT)比较,两者在北京地区有着很好的一致性,说明卫星的气溶胶业务反演产品表征了主要来自人类污染排放的细粒子气溶胶贡献。然而,由于POLDER系列卫星业务反演方法固定了埃斯屈朗(ngstrm)指数的变化范围是1.8～3.0,造成了细粒子贡献占绝对主导的局限。由地基AERONET/PHOTONS观测资料的分析可知,这个埃斯屈朗指数的先验值远远大于北京地区的地基测量结果,导致了POLDER业务反演的气溶胶光学厚度偏低,埃斯屈朗指数偏高。

西藏羊八井和纳木错太阳辐射特征分析

为了研究青藏高原地区太阳短波辐射,特别是其与大气因子、天空状况定量关系对高原辐射收支及其对东亚天气气候的作用,利用羊八井和纳木错2个高原腹地站一年的高时间分辨率观测资料并结合NCEP/DOE再分析资料,分析了太阳总辐射的变化特征,并通过短波通量透过率分析了各因素对短波辐射的作用。结果表明,羊八井和纳木错晴天通量透过率均较高,分别达0.807和0.817,且变动性很小,与两站地形高度和纬度有明显关系;云的存在使两站接收到的短波辐射的差异减小,羊八井和纳木错的年平均通量透过率分别为0.674和0.675,高原云的存在与变化使通量透过率产生强烈的时间变化。与地面观测的太阳短波辐射资料相比,在完全无云的晴天,NCEP同化太阳短波辐射资料对高原地区的模拟效果较好,但存在偏小的误差,羊八井和纳木错分别平均偏小5.74%和8.49%;考虑云天后,NCEP再分析值与实测值对比关系的离散度大,并总体偏高,在应用时需特别注意。

从红外太阳透过率反演大气可降水量的研究

从红外波段太阳透过率测量中可以反演大气可降水量Ｗ。我们在近、中红外波段．选取了三对波长，用ＬＯＷＴＲＡＮ７辐射传输模式，主要研究了散射和气溶胶对这三对波长反演Ｗ算式的影响。结果表明，通常采用近红外波长对（即０．９４２２～０．８６２μｍ）反演Ｗ并非最佳选择，因为其反演算式受到大气状态（混浊度）的很大影响；而在稍远段两对波长（１．４７～１．５５μｍ和３．７０４～３．０６７μｍ）对应的算式较为稳定。

卫星(IASI探测仪)观测云顶高与地基云雷达观测的对比验证

IASI(Infrared Atmospheric Sounding Interferometer)是搭载在欧洲METOP-A卫星上,采用干涉分光技术的新一代超高光谱红外大气探测仪器,其光谱测量范围涵盖了多个吸收带,可用于反演大气、海洋、云和大气成分,为地球大气遥感、气象业务和科学研究提供了丰富的遥感资料,是各国学者关注的又一热点。为深入了解IASI在国内的云产品情况,本文利用2008年10月15日～12月15日期间IASI在安徽寿县地区的云参数观测资料和中美[美国能源部大气辐射测量(ARM)计划]联合在安徽省寿县进行大气辐射综合观测试验期间,相同时段云雷达[ARM W-band(95 GHz)Cloud Radar,WACR]的观测资料进行了对比分析和验证。在以寿县ARM移动观测设施(AMF)为中心,半径为20 km的范围内,IASI(2次/d)共有有效观测129次,其中与WACR(1次/2 s)匹配的IASI有效观测共80时次。结果表明:对于单层云,二者云高相关系数为0.8312,标准差为1.8423 km;对于双层及多层云,IASI反演云顶高结果绝大多数在WACR的最上和最下层云之间,且靠近较厚的云层。对比结果显示,一般情况下,IASI反演云顶高结果明显低于WACR;IASI反演云顶高结果受到视场中云量、云层厚度及云层中粒子浓度大小的影响:视场中云量越大,云层越厚,云层中粒子浓度越大,IASI反演云高的结果越接近真实云高。

物理-统计反演和云-晴空辐射特征差异检测结合的全天空高云判别能力改进算法与初步试验

在全天空红外-可见光云像观测反演方法基础上,针对已往阈值法判断高云的局限性,提出改进的算法。对可见光图像可利用以太阳-天顶为连线的主平面两边相元特性的对称性来判断云的存在,对红外成像仪可利用同一仰角扫描时所得不同方位角亮温分布的非均匀性来判断云的存在。以北京2011年1 3月观测资料为基础,选择原阈值法未能判别出来的案例进行再处理,全天空可见光成像观测仪高云判别能力最高可达73.9%,全天空扫描式红外成像仪可达70.1%。该工作为天空的高云识别提供新的复合算法。

熔融结晶技术及其应用

介绍了熔融结晶技术的发展现状、原理、特点、装置、优势以及应用。认为熔融结晶技术不需溶剂、耗能小、设备简单,对难精馏、高沸点有机化合物分离提纯有独特功能。但结晶过程的耦合传质、传热理论研究还不够透彻;应加强结晶器和结晶分离技术的研究,提高分离效率,从而加快熔融结晶精制技术的发展应用,满足工业新材料应用的需要。

宽带数字阵列数字时延技术研究及硬件实现

研究了基于数字延时技术的波束合成方法,通过理论推导、仿真证明了其正确性,并给出了硬件实现方法和资源评估,表明了其硬件可行性。

超高效液相色谱法测定艾塞那肽含量

建立了艾塞那肽含量的UPLC测定方法。采用AcquityUPLCBEHC18柱（1．7μm，2．1mm×50mm），检测波长为214nm，梯度洗脱，流动相A：0．1mol／L的四乙基高氯酸铵溶液；流动相B：100％乙腈溶液；流速为O．2mL/min，进样量为1．4μL，柱温为50℃。结果表明，艾塞那肽质量浓度在0．04～0.4mg／mL内与峰面积呈良好的线性关系，平均回收率为100．1％；稳定性实验表明，室温下艾塞那肽溶液8h内能稳定存在。艾塞那肽质量分数平均在98％以上，满足纯度要求。该检测方法能够快速简便地测定艾塞那肽质量分数，且成本较低，精度较高，适用于艾塞那肽的质量控制。

基于VPX平台的数字波束形成实现

数字波束形成一直是雷达和通信工程中的关键技术。本文对数字波束形成原理作了简单的介绍,并在基于VPX开发平台上进行了数字波束形成的硬件实现。