Atmospheric Refractive Turbulence Effect on Diffraction-Limited Infrared Coherent Lidar

This paper, based on the Kavaya-Suni format, discusses the signal-to-noise ratio equation of the diffraction-limited coherent CO 2 lidar in detail, which is applied to atmospheric turbulence. The cumulative SNR and relative SNR, which are all affected by the nonlinear effects of the diffraction-limited Gaussian beam, atmospheric molecule and atmospheric turbulence, are simulated by microcomputer. Six instructions for the optimal design of IR CO 2 Coherent Lidar System, are provided.

沙重减渣不同溶剂萃取组分结构及对催化临氢转化性能的影响

以甲苯、正戊烷、正庚烷、正庚烷/甲苯体积比3/1的混合溶剂4种溶剂分级萃取沙特重质减压渣油(沙重减渣)获得的可溶物及不溶物为原料,脱沥青油(DAO)、催化柴油(LCO)和催化油浆(FCC-slurry oil)为溶剂油,在反应温度415℃、氢初压7 MPa、萃取组分质量分数10%、催化剂质量分数1000μg/g以及反应时间1 h的条件下进行催化临氢热转化实验,研究分级萃取组分结构特征、临氢反应性能差异以及溶剂油对戊烷沥青质转化的影响。研究结果表明,沙重减渣5种分级萃取组分分子以孤岛型结构为主,含硫化合物所占比例超过70%,每个分子至少含有1~2个硫原子。催化临氢反应结果表明,分级萃取组分中富含的多硫化合物通过定向加氢-选择性脱硫反应路径,同时实现脱硫及孤岛型结构轻质化,使得5种分级萃取组分(戊烷沥青质(C5As)、庚烷可溶物(C7S)、庚烷沥青质(C7As)、混合溶剂1可溶物(M1S)、混合溶剂1沥青质(M1As))的总转化率均大于97%,其中C7S、C5As及M1S 3种组分的轻质化率大于94%;当从C5As中萃取分离出C7S后得到C7As, C7As临氢转化缩合率增加了218%,通过研究发现,C7S对C7As良好的溶解及较高的饱和溶解度是移除C7S后C7As临氢反应缩合率显著增加的本质原因。3种溶剂油抑制戊烷沥青质临氢反应缩合反应的能力由大到小顺序为LCO>FCC-slurry oil>DAO,这与溶剂油LCO的饱和组分含量较低以及在反应过程承担传氢作用的纯芳烃含量最高(质量分数大于91.5%)密切相关。

大气环境层结对闪电活动影响的模拟研究

利用一个二维面对称雷暴云起电、放电模式,选取了北京地区3次雷暴过程的环境层结,计算并讨论了不同层结条件下雷暴中动力、微物理过程及其对起电、放电活动的影响。结果表明,上升速度和水汽条件是影响雷暴动力、微物理过程和闪电活动的最重要因子。上升速度的大小决定了雷暴发展到成熟的时间和雷暴的强弱,较强的上升气流有利于雷暴云在较短时间内达到较大的高度。而持续的上升气流和充足的水汽有利于雷暴的成熟期延长从而增强闪电活动。较强的上升速度和充足的水汽可以产生更多的对闪电起电、放电有直接影响的冰相物并能使其持续生成,从而形成较大的电荷浓度。较强的上升速度和不利的水汽条件也可以在某时形成较大的冰相物浓度,但冰相物难以持续生成。而较弱的上升速度和充足的水汽则容易形成暖云过程,对冰相物的生成也有不利影响。上升速度和水汽相互影响,又共同受到环境层结的支配。大气低层潮湿、中层湿度适中,较大的不稳定能量和一定量的对流抑制能量将有利于强闪电活动的发生。表现在大气不稳定参数的取值上,对流性稳定度指数的值小于-10℃(负值表示不稳定),对流有效位能值在1000 J/kg以上,对流抑制能量大于40 J/kg,700 hPa相当位温在340 K以上,700—400 hPa中层平均湿度在35%—85%,有利于强闪电活动的发生。

渣油重组分沥青质结构分析及其对临氢热反应过程生焦的影响

以塔河常压渣油(THAR)为原料,正己烷为溶剂分离获得重组分C6-沥青质及其脱沥青油,并将所得沥青质回调至脱沥青油中配制成不同沥青质含量的渣油,以此为原料进行了高压釜临氢热反应实验。首先利用元素分析、1H-NM R及13CNM R、GPC分子量测定、FT-IR、XRD及SEM对沥青质的分子结构参数、官能团、晶体结构及表面形貌进行了分析研究。结果表明,该沥青质芳环侧链中长链部分较少且支链化程度较高,并以甲基、乙基、丙基结构为主,其芳香度fA高达0.57,芳环缩合程度及芳香片层结构较大,且芳香环系同时存在迫位缩合和渺位缩合的结构,已经形成连接致密的高芳香度结构。鉴于沥青质结构的复杂性,考察了其含量对临氢热反应过程的影响,结果表明,随着沥青质含量的增加,渣油的转化率逐渐增加,当沥青质含量超过5.12%时,其转化率的增加以快速生成焦炭为代价。另外,渣油中长链脂碳含量f3C与轻质油收率存在一定规律性,即随着f3C增加,轻质油收率先增加后趋于平缓,而残炭值、芳香度fA与焦炭收率表现出良好的线性关系。

常压渣油加氢反应产物体系的胶体稳定性

在高温高压反应釜内,使用加氢转化催化剂对绥中36-1常压渣油进行加氢反应。通过分析产物的SARA四组分组成、数均相对分子质量及沥青质的平均结构和溶解度参数考察反应后体系胶体的稳定性。结果表明:反应温度升高,体系的稳定性逐渐变差,产物的SARA四组分中饱和分与沥青质的总含量增大,芳香分与胶质的含量降低;组分的数均相对分子质量减小,组成的改变影响产物的胶体稳定性;沥青质平均分子结构中环烷碳率、烷基碳率降低,芳香碳率增大,缩合度参数变小,沥青性质变差;沥青质平均分子结构中溶解度参数增大,分子间作用增大;组分组成及平均结构的变化导致反应后体系的胶体稳定性变差。

激光雷达测量大气湍流廓线

介绍了一种利用成像激光光斑测量大气湍流廓线的激光雷达原理。通过对分层大气湍流的光束波面变化的测量,获取各分层大气湍流的相干长度,据此利用平面波近似算法反演湍流强度廓线。通过搭建的大气湍流廓线激光雷达实验系统获得了湍流廓线的实验数据,并且与系留飞艇搭载的温度脉动仪在同时段固定高度进行了对比实验,验证了近似递推算法的可行性。最后对实验中出现的误差进行了讨论。

常压醋酸法分离毛竹木质素

为了提高常压醋酸法分离毛竹木质素的效率,深入了解过程中醋酸法毛竹木质素化学结构特征,采用单因素逐步优化方法得出最佳的毛竹木质素分离条件为:醋酸溶液浓度90%,硫酸用量3%,液固比12:1,在106℃下保温时间2.5h;采用紫外光谱、红外光谱及磁共振波谱等检测结果表明:毛竹磨木木质素与醋酸木质素主要化学官能团和化学键基本一致,基本化学结构保存完好,但醋酸木质素酚羟基增多,化学活性增强,有利于更进一步的开发利用。

大气湍流光学参数分析

利用两种不同大气湍流结构常数模型,讨论了不同高度的湍流对大气湍流光学参数的影响。通过理论计算得出:相干长度和对数振幅起伏方差主要由低层大气湍流决定,而等晕角、倾斜等晕角、格林伍德频率和泰勒频率由对流层顶附近的高层湍流决定。分析了垂直高度30km以下的3部分大气湍流对等晕角的贡献比例,在给定的不同强度湍流下,对流层顶附近的高层大气湍流贡献比例都大于25%,而低层大气湍流的贡献比例都小于3%。

合肥近地面折射率结构常数C_n^2分布特征及分析

本文通过对合肥郊区中科院安光所气象观测场1995年1～3月近地面层折射率结构常数C2n的统计分析，得到了C2n的日变化特征、概率分布等，同时对C2n和近地面气象要素的关系作了讨论。

利用风廓线雷达资料对广州地区边界层日变化特征的分析研究

利用2010年11—12月亚运会期间设在广州五山站的车载式边界层风廓线雷达资料,对广州地区晴天条件下的边界层日变化特征进行分析。结论表明:(1)折射率结构常数具有明显的日变化特征。夜间,受大气层结的抑制作用,湍流强度较弱,折射率结构常数的观测值约为10-17～10-18m-2/3;白天,湍流在热力作用和动力作用的共同影响下,从底层大气向自由大气发展,观测值比夜间可增大两个量级,且在边界层顶部有较大阶跃。(2)利用风廓线雷达谱宽资料可算出湍流耗散率,作为一种新的风廓线雷达二次产品,该参数对湍流的描述更为准确和细致。在晴天条件下,广州地区边界层顶从08时开始迅速上升,11时前后达到1 300 m左右,在日落前基本维持这个高度不变。

设计参数及大气参数对降落伞充气性能的影响

降落伞充气性能的精确获得和有效评估,是降落伞系统设计的关键,特别是降落伞设计参数和使用参数对性能的影响一直是困扰降落伞研制的难题。文章以降落伞充气过程为研究对象,使用LS-DYNA软件进行数值模拟,研究了降落伞设计参数及大气参数对降落伞充气性能的影响,得到了降落伞的充气时间和投影面积变化的规律,验证了使用LS-DYNA软件数值模拟降落伞充气过程的可行性,为后续研究降落伞系统的充气性能提供了一种新的分析手段,为各类航天器用降落伞系统设计提供一定的参考。

南京城市化进程对大气边界层的影响研究

为了研究城市化进程对城市边界层结构的影响,通过高分辨率的卫星遥感资料获得土地利用类型,以及地表反照率、植被指数等地表参数,以南京为例,运用数值模拟手段进行了研究,结果显示这是一种可行的手段.数值模拟结果表明,随着城市的发展,城市反照率减小、植被减少、地表湿度减小,蒸发耗热减少,感热通量增加140 W/m2,城市波恩比增加.地表和大气之间热量交换加强,湍流热量通量增大了一倍,湍流交换发展加剧,14:00混合层高度抬高了500 m.地表湍流水汽通量和空气中水汽含量都减小,这也使更多的热量用于加热地表和大气,使地温、气温的日变化幅度增加.

湍流廓线激光雷达的数据处理方法

湍流廓线激光雷达是近十年出现的测量大气湍流强度廓线的新技术,目前数据处理已成为该技术的关键环节。对湍流廓线激光雷达的数据处理方法进行了详细地描述,重点研究了双光斑图像背景阈值计算方法与大气湍流强度廓线反演算法。比较了迭代法、最大类间方差法和统计法三种背景阈值计算方法分别在强信号与弱信号下的计算结果,得出统计法是比较适合双光斑图像的背景阈值计算方法。在背景阈值计算的基础上对图像进行分割并计算得到双光斑的质心距,统计多帧图像的质心距起伏得到达角起伏方差。然后利用HV-21模型模拟了从到达角起伏方差反演大气湍流强度廓线的算法,所得结果与原始值大小相近、整体变化趋势一致,但是不能反映原始值的细节变化趋势。

塔河常压渣油及其脱沥青油的临氢热转化反应性能研究

以塔河常压渣油(THAR)为原料、正己烷为溶剂脱除沥青质后获得脱沥青油(DAO)。利用热重分析考察了THAR和DAO的热转化特性,结合元素分析、FT-IR、~1H/^(13)C NMR和GPC等表征手段,对其分子结构参数进行了系统的分析研究,并在高压反应釜中考察THAR和DAO的临氢热转化反应性能。结果表明:DAO的热重残余量明显低于THAR,且热转化活性较高;与THAR相比,DAO的相对分子质量明显降低,芳香度由0.27降至0.22,总环数由8.45降至5.08,其中芳香环数由5.94降至3.16,环烷环数由2.51降至1.92,且THAR中芳香环数与环烷环数的比值约为DAO的1.44倍;DAO临氢热转化反应产物中汽油、柴油收率分别为22.57%和42.26%,较THAR分别提高4.48和9.05百分点,而焦炭产率仅为5.02%,较THAR降低18.64百分点,这与THAR的芳香度大、缔合度大、含较多缩合程度高的稠环芳烃及热重残余量大相符。

大气环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为实现大气环境混凝土碳化作用时混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,给出耐久性退化过程中3个关键时刻的计算数学模型和截面退化的模拟方法。以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用材料退化数学模型和混凝土桥梁耐久性分析程序,研究保护层厚度、CO2浓度、大气温度、大气湿度和混凝土强度等主要设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度。分析结果表明:在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,CO2浓度和混凝土强度分别对钢筋开始锈蚀时刻和钢筋锈蚀速率有显著影响,大气温度和大气湿度对整个过程均无较大影响。增大保护层厚度和采用高强度混凝土可明显改善大气环境下混凝土桥梁的耐久性能。

湍流气象探空仪的研制及其性能分析

最新研制的湍流气象探空仪是将温度脉动仪附加在常规气象探空仪上,实现了两路折射率结构常数、温湿压常规气象参数、温度谱等测量。通过在合肥和长春的实验表明该系统具有较高的测量精度和稳定性,在高空低温动态条件下探空仪系统噪声与温度脉动仪地面常温静态条件下的噪声相当。探空系统噪声引起的等效折射率结构常数小于2×10-18m-2/3。能服务于激光传输、大气质量评价及天文台选址等相关领域对大气光学湍流研究的需要。

圆屋附近大气折射率结构常数的空间分布

通过两点温度脉动法,测量了孤立建筑物圆屋附近不同位置的折射率结构常数,对比分析了气象塔8.0,6.0 m高度处的折射率结构常数。结果表明:圆屋附近8.2,8.5,9.0 m高度处的折射率结构常数要比非圆屋附近同高度的结果大;距离圆屋等距离垂直方向的折射率结构常数大于水平方向的测量结果;因此将圆屋附近认为是近地面的假设不成立;圆屋附近温度谱幂率基本符合"-5/3"定律。

我国地面Fried参数r_0的空间分布与季节变化

在塔塔尔斯基理论模式框架下 ,使用全国 81个气象站 1 986～ 1 995年 1 0年探空资料计算了各测站海拔高度上的Fried参数r0 。统计结果表明 ,r0 的年平均值的分布与相应地形分布基本一致 ,大气湍流的差异对局部地区的r0 有着明显的影响。月平均r0 的高值中心区存在明显的季节变化 ,可能与相应副热带急流的季节变化有关。

基于拉盖尔-高斯光束的单光子捕获概率研究（英文）

单光子源通常采用基于高斯光束的高度衰减激光脉冲,假设激光束具有初始高斯时域脉冲波形和TEM_(01)模拉盖尔-高斯空域分布.基于折射率起伏的Rytov近似和修正von Karman谱模型,研究了大气湍流对星地量子通信单光子捕获概率的影响;建立了上行信道和下行信道的单光子捕获概率理论模型;针对低轨卫星-地面站间激光链路,对单光子捕获概率进行了分析.结果表明:上行信道的单光子捕获概率强烈依赖于地面折射率结构常数C_n^2(0),且随着C_n^2(0)的增加而减小;然而,下行信道的单光子捕获概率并不依赖于C_n^2(0),即大气湍流对其没有影响.

近地面层大气折射率结构常数的模式研究

运用Bulk方法对东南沿海和合肥一水库附近的折射率结构常数进行了估算,为避免海边海盐对金属丝的污染,用高精度超声风速仪替代温度脉动仪测量折射率结构常数。模式主要输入的参数有气温、地表面温度、湿度、风速及测量点高度。结果表明:运用Bulk方法估算折射率结构常数是可行的,相似性函数分别采用Frederickson公式与Thiermann公式,差别不大;直接测量海面上折射率结构常数比较困难,通过输入海表面温度、海面上的粗糙度长度以及适合的相似性函数,可用于估算海面上的折射率结构常数。