适用于大气分子低温光谱实验的低温吸收池

设计研制了一套可控温低温吸收池装置,用于系统研究大气分子的低温光谱参数。在之前研制的低温池的基础上,对新研制的低温池的杜瓦瓶与样品池的安装方式,样品池的构造材料以及具体的制冷方法进行了改进,提高了温度稳定性和均匀性。实验显示:在0.5h监测时间内温度波动小于±0.3K,温度梯度约为0.03K/cm。基于新型低温池,结合可调谐半导体激光吸收光谱技术,开展了6 358.654cm-1处二氧化碳低温精细光谱测试,获得了二氧化碳吸收谱线的自展宽系数及其温度依赖系数(n=0.738±0.014),并与相关文献报道的温度依赖系数进行了对比验证。结果表明,该装置可以满足大气分子低温光谱实验的需要。

程差法和长程吸收光谱法联合测量大气分子吸收

用可调谐激光做光源,利用公里级的长程吸收光谱测量实验系统,测量高分辨率吸收光谱,拟合分析得到吸收分子的谱线参数;利用程差法测量选定波长的绝对吸收系数.通过联合分析,得到连续吸收参数.测量了实际大气和二氧化碳在1.315μm附近的吸收光谱,得到氧碘激光频率(7603.1385 cm-1)的吸收截面分别为3.3x10-24和0.2 x 10-24cm2.

神秘大气分子可助地球降温

一项新的研究表明，地球大气中的某种分子可能会比科学家们之前所预料的能更有效地帮助地球降温。由于大气中90％产生克里吉中间体的烯烃都来自于地球的：生态系统，这项研究的结果表明“地球生态系统对气候变化所起的良好作用比我们想得更为有效。”他认为这项研究揭示了一个重要的信息，即人们需要大力保护现存的生态系统。

通用大气辐射传输软件(CART)分子吸收和热辐射计算精度验证

为检验通用大气辐射传输软件CART分子吸收和热辐射的计算精度,利用精确的逐线积分法(LBLRTM)和广泛使用的中分辨率大气传输模式(MODTRAN4.0),就CART软件计算的晴空大气分子吸收透过率和热辐射进行对比验证。模拟了水平距离、观测天顶角和观测点高度对光电工程各观测波段内平均大气透过率和积分辐射的影响特性。结果表明:CART软件分子吸收的计算精度优于MODTRAN4.0软件,大气热辐射的计算精度和MODTRAN4.0相当。

上层大气氧分子Herzberg态动力学研究进展

氧分子的三个电子激发的Ｈｅｒｚｂｅｒｇ态（Ａ３∑ｕ；ｃ１∑－ｕ， Ａ’３△ｕ）在地球上层大气低温条件下的光化学动力学行为的实验研究为上层大气模型的建立提供重要的理论基础．本文介绍利用流动余辉技术和激光技术测量Ａ３∑＋ｕ和ｃ１∑ －ｕ态与大气分子碰撞反应速率常数的实验和结果，分析和讨论Ａ３∑＋ｕ和ｃ１∑－ｕ态的高振动能级和低振动能级碰撞失活速率常数的巨大差别，并结合前人分析的结果提出自己的看法．最后，展望了实验研究上层大气中Ｈｅｒｚｂｅｒｇ态动力学行为的前景．

单锰取代的Keggin型多酸吸附大气小分子X(X=H_2O,N_2,O_2,NO,N_2O,CO和CO_2)的密度泛函理论计算研究（英文）

基于密度泛函理论(DFT)M06L方法对一系列单锰取代的Keggin型POM吸附大气小分子X(X=H_2O,N2,O_2,NO,N_2O,CO和CO_2)配合物的分子几何,电子结构和成键性质进行了系统研究。由于POM的多阴离子性质,铯盐Cs_4[PW_(11)O_(39)Mn~ⅢH_2O]被用来考虑抗衡离子效应。DFT-M06L计算表明,当改变4个Cs抗衡阳离子的位置时,多酸阴离子的几何结构和电子结构参数几乎没有变化。当不考虑抗衡离子效应,在气相和溶液中单独优化多酸阴离子([PW_(11)O_(39)Mn~ⅢH_2O]^(4-))时,其主要几何和电子参数没有显著变化。比较不同自旋态的能量表明[PW_(11)O39Mn~ⅢX]^(4-)(X=H_2O、N2、N_2O、CO和CO_2)的最低能量态是高自旋五重态,[PW_(11)O39Mn~ⅢX]^(4-)为三重态,而[PW_(11)O_(39)Mn~ⅢNO]^(4-)则为双重态。这些大气小分子在类卟啉POM配体上的吸附能量按照以下顺序增加:N2<N_2O<CO≈CO_2<O_2<H_2O<NO。POM-Mn-NO配合物具有较大的吸附能。Mulliken布居分析表明,NO配体与多酸中Mn~Ⅲ中心的相互作用主要来自于中间自旋态的Mn~Ⅲ中心与NO·分子之间的反铁磁性耦合相互作用。

大气中O3、H2O、O2等分子对西藏拉萨地面太阳光谱的影响

西藏自治区位于青藏高原,海拔高、太阳辐射能量高,太阳能资源丰富,是观测太阳光谱的绝佳之地。经查阅众多相关文献,近年来,国内外对西藏太阳光谱的研究仍处于初级阶段。诸多学者在拉萨、林芝、日喀则、定日、阿里、那曲、羊八井、纳木错等地区建立观测站对西藏太阳总辐射、西藏太阳紫外辐射、西藏太阳光谱进行了初步的观测研究,并分析了大气中O3、H2O、O2等分子对不同波段的太阳辐射能量的吸收。可见西藏太阳光谱研究的重要性。在今后的研究中,结合太阳辐射环境及其生态效应进行研究,将是太阳光谱研究的重要方向。

激光红外大气传输透过率模型研究

为了提高激光红外传输在工程应用方面的精度,以辐射传输理论为基础,考虑大气湿度、温度、能见度等容易测量的因素,建立了大气透过率衰减的简化模型。利用模型,对不同波长的激光在各种大气环境及传输路径下的透过率进行了计算,并与商用软件的计算结果进行对比。实验结果表明:简化模型减小了运算量;晴朗大气,简化模型与软件计算结果在特定波段比较接近,最小相对误差低至0.005%。

激光大气传输透过率影响因素研究

激光大气传输在激光测距、遥感、激光制导以及激光自由空间通信等领域应用广泛。传输前后激光能量的透过率决定了接收端光学系统入射光强的最大值。因此,对影响透过率各种因素的全面研究十分必要。采用大气辐射传输计算软件MODTRAN对激光大气传输路径上的气体分子和气溶胶分布进行模拟,综合考虑地形、海拔、气候条件以及天气变化等众多因素的影响,对激光大气传输透过率的变化进行系统分析。仿真结果表明:激光的大气传输透过率具有波长依赖性,其受纬度和季节变化的影响程度也与波长有关,以8mm至14mm波段激光较为明显;激光大气传输透过率受地形影响明显,透过率数值随激光出射海拔与地表海拔之差DH的增大而增大,但增速逐渐减慢,因此最终透过率趋于稳定值;短波激光(1.06mm)水平传输透过率随DH的增长存在阈值性,阈值与地表海拔高度有关;激光斜程传输天顶角增大会导致透过率数值减小,减小幅度在天顶角接近0度和90度时变小。

1.315μm波长附近实际大气高分辨率吸收光谱

用窄线宽、脉冲可调谐光参量振荡器 ( OPO)作光源 ,使用光程长达 1 0 97m的怀特池 ,采用单探测器分时复用的探测方法 ,首次在吸收池中精确测量了实际大气中 1 .31 5 μm波长附近高分辨率吸收光谱 ,实验验证了实际大气中水汽是该波段的主要吸收气体 ;得到了实际大气中吸收分子在氧碘激光波长 ( 76 0 3.1 4 cm-1)处的吸收截面为 ( 1 .0 5± 0 .0 9)× 1 0 -2 4 cm2 (标准大气条件下 )以及在该波段主要吸收谱线的参数 ,包括吸收线的位置、线强度、压力加宽半宽度等。利用实测的线参数计算了在氧碘激光波长附近大气分子的吸收截面 ,发现吸收最小的波长分别位于 76 0 3.31和 76 0 3.93cm-1,其值约为( 8.9± 0 .8)× 1 0 -2 5cm2 ,比氧碘激光波长处的吸收截面约小 1 5 %

复杂大气背景下机载通信终端与无人机目标之间的激光传输特性研究

云层、气溶胶和大气分子是大气环境的主要组成部分.本文基于逐次散射法求解辐射传输方程,建立了复杂大气背景下机载无线光通信终端与地空无人机目标之间的激光传输模型.考虑真实大气背景中卷云、大气分子和气溶胶存在的情况下,数值计算了1.55 mm激光经机载通信终端发出后通过大气背景的直接传输和一阶散射传输后接收功率随无人机目标高度的变化关系,分析了飞机在云上、云中和云下以及卷云冰晶粒子有效半径、飞机与无人机之间的水平距离对接收激光信号传输功率的影响.数值结果表明:激光通过卷云传输的功率很大程度上取决于飞机在云上、云下或云中的位置;飞机与无人机目标之间的水平距离和卷云冰晶粒子的有效半径对激光直接传输和一阶散射传输影响较大;与云上大气相比,云下的大气分子和气溶胶对激光有较大的衰减.本文工作可为进一步开展地空链路上复杂大气背景对机载与低空无人机目标激光通信实验、无人机编队、指挥和组网技术的研究提供理论支撑.

克服大气环境干扰的激光诱导等离子体光谱技术研究

介绍了激光诱导等离子体光谱技术的工作原理,通过阐述激光诱导等离子体光谱产生的物理机制解释了大气分子干扰固态样本测量结果的原因,建立了既能够提供低气压工作环境又方便实用的激光诱导等离子体光谱探测装置,开展了低气压环境下的试验研究,证明了大气分子元素干扰固态样本测量结果的客观存在,同时证明了低气压环境能够有效避免或者缓解大气分子干扰问题的可行性。

对地球大气密度随高度分布规律的讨论

以NASA大气模式MSISE-1990为依据,用实例验证的方式证明了关心大气成分的数密度时,玻耳兹曼能量分布律仅适用于几公里至几十公里高度以内的分子态气体。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上不为零,但从物理角度分析其值与零没有差别。忽略重力加速度随高度变化时,用该分布律得到的无限高处大气数密度在数学形式上似乎为零,但无限高处重力加速度应为零,因而不能解决无限高处大气数密度在数学形式上不为零的问题。计算大气分子总数时,积分上限只需数十公里。考虑重力加速度随高度变化时,用该分布律计算大气分子总数的积分发散,因此上限不应超过数百倍地球半径;忽略重力加速度随高度变化时无此限制。达道安等人(宇航学报,2006,27(06): 1306-1313)对该分布律导出的大气密度随高度分布所作的修正,不仅在数学形式上解决了无限高处大气数密度不为零的问题和计算大气分子总数的积分发散的问题,而且在有实际意义的范围内与该分布律精密吻合。

等温大气压强公式及其应用

本文对等温大气压强公式进行了详细推导并将该公式进行延伸拓展,得到等温大气分子数密度公式及等温大气中估算海拔的高度公式,从而使其在现实生活中的应用更为广泛。

地球周围大气层总质量的估算

物理估算题不失为是培养和考查学生运用物理知识(包括物理概念、定理和定律等)分析和解决实际问题的有效方法。但是必须指出,为保证方法的有效,"估算"时每一步应有严格的科学依据。本文在指出关于大气层总质量估算过程中存在某些科学性错误的基础上,建立一个理想化的大气分子模型,并利用波尔兹曼分布律,用比较合理和科学的方法,估算了大气层总质量。

MODTRAN5分子吸收模式的计算精度数值评估

大气辐射传输软件MODTRAN5较以前版本光谱分辨率从2 cm^(-1)提高到0.2 cm^(-1),为了检验MODTRAN5分子吸收的计算精度,用精确的逐线积分法LBLRTM做参考,模拟比较了MODTRAN5计算的大气光谱透过率。结果表明:MODTRAN5软件计算的大气透过率与LBLRTM计算结果的均方根误差总体上不超过0.02,但在有些波段最大误差可达0.03以上,如二氧化碳4.3μm吸收带,误差值为0.0377。

美将向月球发射“吸尘器” 研究大气及光学之谜

9月6日,美国宇航局（NAsA）计划向月球发射一台＂吸尘器＂。这架名为月球大气与尘埃环境探测器（LADEE）的轨道飞行器将采集尘埃与大气分子,从而确定究竟是什么漂浮在月球上空,以及它们是如何达到那里的。LADEE项目科学家、加利福尼亚州莫菲特场NASA埃姆斯研究中心的Rick Elphic表示：＂自阿波罗计划以来,这些谜团并没有真正得到解决。＂

改进转动拉曼-米散射法反演气溶胶后向散射系数

概述转动拉曼-米激光雷达系统通过同步接收米散射和转动拉曼散射信号,满足了温度和气溶胶一并探测的需求。常用的米散射反演方法依赖于假设条件并受到几何因子的影响,而结合转动拉曼信号和米信号反演气溶胶后向散射系数不受这些因素影响,具有较高的反演精度。Kim和Cha提出的拉曼-米反演方法中认为纯转动拉曼散射后向散射截面为常数,忽略了温度的高度变化,但转动拉曼-米激光雷达系统实际接收的拉曼光谱分布是依赖于温度变化的,此外气溶胶反演计算中需要已知大气分子后向散射系数,目前通用方法为套用标准大气模型,但由于分子的热运动和温度的变化,利用大气模型不能反映真实大气中分子的分布特征,从而会对气溶胶的反演带来误差。

拉曼-米激光雷达污染环境下气溶胶散射系数反演

提出一种针对雾霾等大气污染环境下近地面区域气溶胶后向散射系数的修正反演方法.针对大气污染环境下近地面气溶胶含量激增导致弹性信号强度超过激光雷达抑制比而引发弹性信号泄漏,进而造成转动拉曼信号发生畸变,提出一种拉曼回波信号修正方法;同时考虑了大气温度对大气分子散射应用于气溶胶反演的影响.实验表明,相比经典Raman-Mie气溶胶反演方法,修正算法反演近地面稳定气溶胶层内气溶胶后向散射系数精度可提高约20%,有助于改善拉曼米雷达在污染环境下的总体探测性能.

1.315μm附近CO_2的高分辨率吸收光谱

利用可调谐激光长程吸收光谱测量系统,记录到1.315μm附近高气压(80kPa和40kPa)CO2的高分辨率吸收光谱,拟合分析获得谱线参数,结果与HITRAN2k的数据基本一致。用程差法测量了绝对吸收,氧碘激光频率(7603.1385cm-1)的总吸收截面为(0.23～0.29)×10-24cm2。仅计算谱线吸收的吸收截面为0.18×10-24cm2。在1.315μm波段CO2存在连续吸收,吸收截面为(0.05～0.11)×10-24cm2。还讨论了测量误差问题。