新冠疫情期间西安市空气质量时空特征研究

2019年和2021年新冠疫情期间西安市政府均采取了强有力的管控措施,为此对比研究了不同程度减排措施对空气质量的影响。采用特征雷达图、空间插值和HYPLIST轨迹模型等方法对西安市疫情期间(2019年12月—2020年2月、2021年12月—2022年2月)和正常生产期(2020年12月—2021年2月)冬季空气质量变化特征进行了对比分析,并探讨了人为减排情景下空气质量变化潜在原因。结果表明:(1)西安市环境空气质量指数(AQI)空间分布整体呈现“西北劣东南优”特征。2020年疫情严控期空气质量得到明显改善,优良率达到53%;2022年疫情严控期空气质量未受管控措施明显影响。(2)2020年疫情严控期除O_(3)外污染物浓度均明显下降,降幅分别为PM2.5(42.90%)>NO_(2)(42.13%)>CO(35.37%)>PM10(32.58%)>SO_(2)(17.40%);2022年仅有SO_(2)和NO_(2)浓度下降,降幅为NO_(2)(31.86%)>SO_(2)(18.31%)。疫情期间污染类型属于偏二次型。(3)疫情期间,污染天气是在高湿静风天气条件和盆地地形的基础上,受人为源排放和区域污染物传输引起的,因此促进污染物协同减排和关中地区联防联控是改善空气质量的关键举措。

藻细胞显微成像中微流控自动进样分段控制方法

藻细胞显微图像快速自动获取具有重要的应用价值。针对微流控-显微成像技术中样品进样效率与细胞成像质量问题,研究了基于藻细胞通过荧光检测窗口持续时间的样品平均流速检测方法,并提出基于体积流量调节的微流控自动进样分段控制方法。结果表明,进样速度在10~30μL/min范围内,样品平均流速检测误差小于5%;分段控制实现了藻细胞显微图像的高质量自动获取,与显微镜检成像质量基本一致,且样品进样速度提升68%以上。研究结果为藻细胞显微图像高效自动获取提供了有效实用方法。

天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪设计

太阳光在地球大气传输过程中产生的散射会呈现出固有的偏振特性,因此利用大气散射偏振态分布特性及其与太阳照射几何以及地表观测几何之间存在的对应关系,为地球大气层内导航提供了可能。然而因气象变化造成的大气组分改变会直接影响光散射分布,从而影响基于偏振态分布的方向定位精度,因此在偏振导航实际应用过程中,其方向指引精度受大气状况影响较大。为研究不同气象条件下天空偏振态变化内在机理,研制了一台天空可见-近红外光谱偏振态自动测量仪。该仪器可按需进行定时段、定天区、多天候天空光谱偏振态测量,采用分时偏振同时分谱非成像测量体制。仪器主要由偏振分析模块、偏振检测方位定位驱动电机、微型光谱仪、GPS定位模块、嵌入式采集控制模块、二维载重转台等部分组成,光谱范围为390~960nm,光谱分辨率为1.5nm,观测视场为3°,光谱线偏振度测量精度优于98.85%,偏振角测量精度优于0.1°,单点观测时间小于9s。经实验室定标和外场测试,表明该仪器可在多种气象条件下稳定观测天空光谱偏振态,其测量数据可用于天空偏振态影响机理相关研究。

基于光通量计量法的紫外辐射测定方法建立及其应用研究

近年来,我国大气一次污染颗粒物的浓度逐渐下降,二次生成的气溶胶已经成为了大气颗粒物的主要组成部分。新粒子生成作为二次生成气溶胶的重要来源,本世纪以来受到的关注也越来越高。而气态硫酸作为新粒子生成化学过程中一种极为重要的前体物,由于其浓度极低,检测所需的仪器灵敏度极高,因此如何准确定量气态硫酸是新粒子形成机制研究中最大的难点。现有的气态硫酸的定量方法主要是基于光化学法,利用紫外辐射光解水汽产生OH自由基后与过量的二氧化硫反应最终生成气态硫酸,气态硫酸的浓度由紫外光强与水汽浓度共同决定。其中紫外光强的直接测量存在着较大的不确定性,这主要是由于光强在气态硫酸标定装置的反应腔体中分布不均匀,此外,在实际大气条件下标定时还会受到背景气溶胶的散射、吸收作用的影响。因此,此研究建立并比较了两种分别基于臭氧和氧化亚氮光通量计量法的紫外辐射测定的间接测量方法。结果表明:基于臭氧的间接测量法的主要误差来自于氧气的吸收截面,理论误差>60%,实际实验室的重复实验误差约为12%;基于氧化亚氮的间接测量法的主要误差来自于二级反应速率kn的测量误差、反应产物检测仪器及流量控制装置的不确定性,理论误差<16%,实际实验室的重复实验误差<1%。将基于氧化亚氮的间接测量法应用于外场观测的气态硫酸检测时,在为期半个月每天一次的定标气态硫酸中,气态硫酸的测量误差约为24%,接近或优于国外观测结果,证明基于氧化亚氮的光通量计量法对于紫外辐射的测定方法具有较好的准确性和稳定度,可以有效应用于气态硫酸的定量测量。

基于GMI数据的植被荧光反演研究

太阳诱导叶绿素荧光直接指示植被生理状态,而植被作为重要的碳汇,若能利用温室气体卫星遥感数据反演出植被叶绿素荧光,则对于分析大气温室气体源、汇具有重要意义。利用氧气吸收线拟合法,基于GF-5卫星“大气主要温室气体监测仪(GMI)”及美国OCO-2遥感数据,针对亚马逊森林、撒哈拉沙漠和非洲草原地区2019年1月和7月GMI卫星遥感数据开展了叶绿素荧光反演研究,并将结果与OCO-2数据荧光产品进行对比分析。反演结果表明:以OCO-2荧光产品为基准,在三个研究区域的两个研究时段内,GMI数据能够较好地反演叶绿素荧光强度。

基于LightGBM的贵阳市气溶胶光学厚度反演

为充分挖掘国产高分四号卫星(GF-4)的环境监测能力,克服基于查找表方法反演气溶胶光学厚度(AOD)的复杂性和弥补贵阳市无气溶胶监测站点的缺陷,并提升MODISAOD产品的时空分辨率,利用贵阳市研究区的高程数据和GF-4多光谱成像仪(PMS)数据提取的地表反射率、太阳天顶角、卫星天顶角、相对方位角和归一化植被指数作为特征变量,以MODIS气溶胶产品为标签,基于LightGBM算法构建了贵阳市AOD反演模型。研究结果表明:该模型能够基于GF-4 PMS单时相遥感数据实现较高精度的AOD智能反演,极大简化了AOD反演步骤,且具有较高的建模精度(平均绝对误差E_(MA)、均方根误差E_(RMS)、决定系数R^(2)分别为0.042、0.057、0.751)和预测精度(城区:E_(MA)=0.077,E_(RMS)=0.086;非城区:E_(MA)=0.094,E_(RMS)=0.101),AOD预测值和MODIS AOD具有相似的变化趋势,皮尔逊相关系数为0.697。

淮河流域典型农田区气溶胶散射特性的日变化和季节变化研究

利用2019年寿县国家气候观象台气溶胶散射系数、气溶胶质量浓度及相关气象观测数据,统计分析了淮河流域农田区域的气溶胶散射特征及其成因,为该区域气溶胶污染辐射强迫及其对农业生产影响方面的研究提供了定量观测证据。研究表明:该地区气溶胶散射系数具有显著的季节变化规律,冬季最高,夏季最低;三个波长(450、525、635 nm)气溶胶日平均散射系数分别为329.8±180.0、270.2±153.7、214.4±128.4 Mm^(-1),并且散射系数日变化与天气要素和大气层结日变化规律具有很好的相关性,且冬季日振幅远小于其他三季;?ngstr?m指数年平均值为1.32,后向散射比年平均值为0.15,气溶胶质量散射系数年平均值为4.83 m^(2)/g,表明淮河流域农田区域的气溶胶以细颗粒为主;气溶胶散射系数大小主要受偏西风调控,散射系数与能见度具有高度的负相关幂函数关系;污染日的气溶胶散射系数远大于清洁日,污染物很大程度上影响了光辐射在大气中的传输能力,污染程度高,大气的散射作用就越强。

火山SO_(2)排放速率反演

SO_(2)紫外相机因在时间分辨率、空间分辨率、探测灵敏度以及探测精度等诸多方面均具有显著优势而成功应用于火山活动监测及其动力学研究。为解决紫外相机反演SO_(2)排放速率容易受烟羽湍流及图像低对比度影响等问题,提出了融入神经网络的光流算法。首先,基于大气紫外辐射传输特性,阐述了SO_(2)紫外相机的工作机理及SO_(2)浓度图像的反演方法;其次,将神经网络融入光流算法,实现了火山烟羽图像中SO_(2)排放速率的精确反演;最后,与传统光流法进行对比,论证了神经网络光流算法的科学性及优越性与精确性。实验结果表明:在图像低对比度及烟羽湍流效应的双重影响下,神经网络光流法可以把边缘反演的误差从94%降低至5%,显著提高了SO_(2)排放速率反演的精确性。

蒸汽吸附分析仪在气溶胶吸湿性研究中的应用

吸湿性是大气颗粒物最重要的物理化学性质之一,直接影响着实际大气条件下气溶胶的粒径、形貌、成分、化学反应活性和光学性质,从而最终影响着气溶胶的环境与气候效应。现有的吸湿性测量技术大多需要假设颗粒物为球形,且灵敏度较低,无法准确测定非球形颗粒物或吸湿性较低颗粒物的吸湿性。蒸汽吸附分析仪通过测量颗粒物的质量随相对湿度的变化来研究其吸湿性,这种新方法不仅对颗粒物的形貌没有要求,而且具有卓越的灵敏度。本文首先介绍了这种气溶胶吸湿性测量新方法的工作原理和技术特点,然后重点介绍了这种新方法在大气科学、地球与行星科学、医用气溶胶等多个领域中的应用。最后,在简要总结蒸汽吸附分析仪在大气颗粒物吸湿性研究上的优越性和局限性的基础上,对未来可开展的吸湿性研究工作提出了一些设想。

2013―2021年南京热环境时空演化及扩张驱动机制研究

基于Landsat 8 OLI-TIRS遥感影像,利用辐射方程算法反演得到南京市地表温度数据。从数量和速度方面揭示南京市2013―2021年间热环境景观的时空变化特征,并进一步利用核密度分析和空间质心迁移轨迹揭示热环境景观的空间演变特征。此外,借助PLUS模型探究了2013―2021年热环境景观的驱动机制。结果表明:(1)2013―2021年间中温区景观在研究区占主导地位,其中2017―2021年热环境景观变化最强烈,其综合热环境动态度为23.94%。(2)低温区的核密度高值主要位于水域和林地,北部集聚特征较为明显;次低温区的核密度分布特征表现为北部和南部较密集且破碎化明显;中温区的核密度分布呈“中间少四周多”的格局;次高温区景观呈多核心增长的趋势;高温区景观集聚特征最为显著,主要分布于长江两岸及各市区的中心地区。(3)低温区质心迁移速度最快,整体上向东北方向移动了21.30 km;次低温区质心迁移速度由慢到快,先向西北移动9.52 km,后向东南移动17.88 km;高温区、次高温区、中温区质心整体向西南方向偏移,移动距离分别为19.99、4.77、4.04 km。(4)从不同热环境景观扩张的驱动因子来看,低温区、次低温区和中温区扩张的驱动力主要是受高程的影响,次高温区和高温区扩张的驱动力主要是距住宅距离和距工厂距离。本研究对于加强南京地表热环境的监测和促进城市生态环境可持续发展具有重要的参考意义。

基于混核极限学习机的道路高排放源识别方法

由于道路高排放源所产生的污染气体对环境危害巨大,因此实现对高排放源的准确识别具有重要意义。而传统的基于限值划分的识别方法及新兴的人工智能识别方法在模型选择、评价指标、识别性能等方面都存在一定的改进空间,因此针对以上问题,提出一种基于混核极限学习机的道路高排放源识别方法。该方法使用道路遥感监测设备获取的移动源遥测数据,在核极限学习机的基础上融合不同核函数,可提升模型鲁棒性及道路高排放源识别性能。针对合肥市蜀山区真实道路遥测数据上的分析结果表明,该方法相比于其他方法具有较高的F1分数以及较低的漏报率、虚警率,证实了该方法在高排放源识别中的有效性。因此,该方法有助于对交通路网中高排放车辆进行高效识别,为进一步提升城市空气质量提供支撑。

一种基于多普勒原理的相干测风激光雷达及其外场应用

精确观测大气风场在气象、军事、航空航天等领域具有十分重要的意义。相干测风激光雷达能够实时有效地进行大气矢量风场探测。为此研制出一款基于多普勒原理的相干测风激光雷达,并进行外场观测验证了其性能。该系统可探测垂直上空45~3000m的水平风场以及垂直气流,最大可探测风速为60m/s。分析比对了该雷达于2021年10月16日08:00―20日00:00在广州市黄埔区气象局观测的数据与同时段同地点微波风廓线雷达的观测数据,结果表明二者具有良好的一致性。重点分析了2021年10月18日10:00―20日00:00的典型观测数据,进一步验证了该相干测风激光雷达所测数据的准确性。该雷达在风场探测上的应用将为气象参数监测和预报精度的提高以及极端灾害性天气的预警提供实时数据支撑。

《大气与环境光学学报》征稿简则

1.《大气与环境光学学报》是由中国科学院主管、中国科学院合肥物质科学研究院(中国科学院安徽光学精密机械研究所)主办的学术刊物。主要报道国内外大气光学和环境光学领域基础研究和应用基础研究方面的最新进展与成果,重点栏目为进展与综述。

版权声明

遵照《中华人民共和国著作权法》,当作者收到编辑部稿件接收通知并收到著作权使用费(即稿费)后,作者投送论文的所有版权与财产权,包括但不限于在各种媒介的出版权、复制权、发行权、翻译权、信息网络传播权、汇编权,在全世界范围转让给编辑部所有。

《大气与环境光学学报》征稿简则

1.《大气与环境光学学报》是由中国科学院主管、中国科学院合肥物质科学研究院(中国科学院安徽光学精密机械研究所)主办的学术刊物。主要报道国内外大气光学和环境光学领域基础研究和应用基础研究方面的最新进展与成果,重点栏目为进展与综述、大气光学、环境光学、环境光谱学、遥感、海洋光学、空间光学等。2.来稿要求信息准确,论点鲜明,实验数据可靠,文字精炼。每篇限8000字左右。

版权声明

遵照《中华人民共和国著作权法》,当作者收到编辑部稿件接收通知并收到著作权使用费(即稿费)后,作者投送论文的所有版权与财产权,包括但不限于在各种媒介的出版权、复制权、发行权、翻译权、信息网络传播权、汇编权,在全世界范围转让给编辑部所有。在论文于期刊上正式发表后,作者可行使除上述已转让的权利以外的版权,但在行使权利时所制作的该文的上述版式的复制品中均须声明《大气与环境光学学报》编辑部拥有版权。作者有权在汇编个人文集或以其他非期刊方式(含作者个人网页)出版个人作品时,不经修订地全部或部分使用本人论文;作者本人在学习、研究、讲演或教学中有权全部或部分地复制本人论文。

合肥市工业园区秋季VOCs组分特征及其源解析

随着合肥市经济的快速发展以及城镇化、工业化所带来的能源消费持续增长,以臭氧(O_(3))、细颗粒物(PM_(2.5))为主的区域复合型大气污染问题日益凸显。为了解合肥市工业园区大气挥发性有机物(VOCs)污染特征及来源,于2021年9―11月对合肥市某工业园区大气质量进行加强监测,对VOCs的组分特征、浓度水平、来源分析和反应活性等方面进行了分析。结果表明,VOCs平均体积分数φ(VOCs)为(40.64±8.83)×10^(-9),其中烷烃、含氧挥发性有机化合物(OVOCs)占比较高,分别为34.2%和26.3%。在一天中总挥发性有机化合物(TVOCs)浓度随时间呈典型的双峰型变化,在09:00和19:00达到峰值,16:00―17:00左右达到一天中最低值。本研究采用PMF模型对VOCs进行源解析,解析结果显示机动车排放源(25.7%)、工业排放源(24.9%)、溶剂挥发源(19.6%)、燃料挥发源(18.6%)和生物质燃烧排放源(11.3%)是观测期间VOCs的主要来源。VOCs臭氧生成潜势(OFP)为233.05μg/m3,其中OVOCs贡献最大,占比36.33%。

基于夜光数据的大气遥感研究进展

随着美国国防气象卫星(DMSP)、苏奥米国家极地轨道伙伴卫星(Suomi NPP)等一系列夜间微光遥感卫星的发射,夜间微光遥感得到越来越多的学者关注。国内外学者不断探索微光数据在定量遥感中的应用,但基于夜光数据的大气遥感研究成果的系统性整理和总结的研究却相对较少。基于此,对过去20年基于夜间微光数据在大气遥感中的研究进行了全面的综述。从微光成像仪辐射定标、微光辐射传输模型以及基于微光数据的大气参数研究三个方面总结归纳了夜间微光卫星遥感定量化研究的进展,梳理了微光数据在大气遥感研究中的应用现状与特点,以期为夜间微光数据在大气遥感的深入研究中提供有价值的参考。

基于OMI及地面监测的贵州省污染气体浓度时空差异研究

贵州省属于典型的喀斯特山区,受地势和气候影响,省内不同区域污染气体浓度具有明显的时空差异。因此,利用交互式数据语言(IDL)+遥感图像处理平台ENVI、地理信息系统软件ArcGIS等,基于臭氧层监测仪(OMI)的L3V003柱浓度数据和地面环境监测站数据,从时间和空间两个方面在区域尺度上评估分析了贵州省3种主要污染气体的浓度变化差异和时空演变特征。结果表明:(1)2019年,贵州省二氧化氮(NO_(2))、二氧化硫(SO_(2))、臭氧(O_(3))柱浓度较2005年呈下降趋势,且两种方法监测的NO_(2)、SO_(2)季节特征均表现为“秋冬高、春夏低”,受太阳辐射和天气过程影响,两种方法监测的O_(3)均表现为“春夏高、秋冬低”的季节特征;(2)对比分析表明,遥感方法反演的NO_(2)柱浓度极大值和SO_(2)柱浓度极小值较地面监测结果在时间上存在滞后性,但滞后时间较短,没有出现跨季节差异,总体上空间差异性大于时间差异性,且SO_(2)夏季空间差异性大于冬季;(3)自然界平流层中含有大量臭氧,且夏季贵州雷雨天气较多,在天气过程发生时,高层氧气极易被大量分解并生成O_(3),由于大气垂直输送较为活跃,使得平流层O_(3)稳定性降低,对近地面浓度影响较大,因此遥感反演的O_(3)浓度与地面监测结果在时间和空间上均有明显差异性。

基于SRIO总线的光纤通信测试系统设计与实现

针对基于线阵电荷耦合元件(CCD)成像原理的调焦调平系统强实时性、高同步性及高数据率的特点,设计了一种基于串行RapidIO总线协议的光纤通信测试系统。该系统以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,以光纤为传输介质,通过串行RapidIO总线协议完成对调焦调平系统性能验证过程中的指令控制和图像数据传输。基于双存储器(FIFO)缓冲的SRIO接口设计使得该测试系统具有较强的通用性和实用性。测试结果表明,该系统光纤接口数据传输速率达440 MB/s,能够满足调焦调平系统性能验证对数据传输速率及正确性的需求。