人工雾的激光退偏振特性

分别测量了入射光偏振方向垂直散射面和平行散射面情况下,散射角θ分别为30°和90°时,不同人工雾的浓度的散射光强度。实验表明:θ=30°时,薄雾状态,散射光强随雾的浓度的增加而增大,当雾浓度达一定程度后,散射光随浓度的增加而减小;θ=90°时,随着雾的浓度的增加,散射光强逐渐增大,散射光强在浓度较大时呈现下降趋势。以Mie散射理论分析了偏振光在人工雾中的散射特性,并由散射角为90°时的退偏振度随雾的浓度的变化,讨论了雾粒子的结构及性质。

喇曼谱在检测饮用水中矿物质浓度的研究

为了更有效地检测目前饮用水的质量,对市面上常用的几种品牌的饮用水以及实验室提供的蒸馏水等样品的喇曼谱进行了研究。运用激光喇曼光谱的分析方法,测量了它们的激光喇曼谱在伸缩振动喇曼峰处的半峰全宽,同时也测量了样品在伸缩振动喇曼峰处的退偏振度。结果表明,伸缩振动喇曼峰的半峰全宽随水样品中含有的微量矿物质浓度的增加而减少,而伸缩振动喇曼峰处退偏振度随水样品中含有的微量矿物质浓度增加而增加。该结果为鉴定饮用水的质量提供了一种简单而有效的方法。

激光散射场理论及其应用

在薄层散射的基础上,研究了寻常散射和非常散射的差别,建立起了散射椭圆的模型。然后从薄层散射过渡到厚层散射,检测了激光在水中的散射场和退偏振度,并对前向散射和后向散射导出了简化的场强计算公式。公式中的常数—散射率成为评价激光散射场和退偏振的依据。本研究的结论直接对提高水中目标探测的信噪比有现实意义。

灰霾污染和清洁过程中污染物垂直结构特征

针对无锡地区2013年11月6—13日经历的灰霾污染和清洁过程,采用地基遥感激光雷达对空气中的气溶胶颗粒物垂直分布进行垂直探测,发现污染时段气溶胶颗粒物主要积聚在1.8 km以下,消光系数的日均值统计表明,从近地面至高空1.5 km,颗粒物产生的峰值消光系数稳定在0.2 km^(-1);而清洁时段,由于垂直扩散条件改善,颗粒物随高度增加明显减少,1.5 km处的消光系数不足0.05 km^(-1)。同时发现污染时段中,近地面PM_(10)、PM_(2.5)、碳黑(BC)的平均浓度分别是清洁时段的2.48、2.76、3.66倍;大气氧化剂(O3和NO_x的总和)平均值水平是清洁时段的1.73倍。气象条件分析发现,锋面的移动使大气水平、垂直对流运动加剧,污染物得以迅速扩散,空气质量转好,这也是此次污染清除的主要原因。

无锡夏季颗粒污染物的垂直特征分析

针对无锡地区2013年8月13日至31日期间的晴朗、降雨、污染过程,利用地基遥感设备大气颗粒物监测激光雷达对气溶胶光学特性的时空演变特征进行监测.结果表明晴朗天气下污染物早晚分布较少、中午集聚较多的特点,并且午间污染物的扩散高度可以达到1.5km以上.晴朗天气下气流的水平、垂直运动增强有利于污染的扩散,这也是污染程度较轻和能见度超过20km的重要原因;降雨过程中,雨云层分布高度在500m以下,雨云中的水滴产生的消光系数大于2km-1,能见度不足10km,降雨过程中空气对流增强,风速增大,加上颗粒物的湿沉降作用减轻污染程度;污染时段,由于静稳天气,使得污染物扩散不利,颗粒物主要集中在近地面1km以内,颗粒物产生的消光系数较长时段超过0.5km-1.激光雷达的探测结果显示,8月30日外来污染物的输送和局地污染物的复合使得污染程度加重.通过后向轨迹模式分析发现,该污染团可能来自站点的西北方向.近地面PM2.5的质量浓度在晴天和降雨过程中均不超过50μg·m-3,但是在污染过程中,PM2.5峰值接近160μg·m-3.近地面碳黑浓度的变化趋势PM2.5一致,尤其在污染过程中,碳黑的质量浓度达到9μg·m-3.结合近地面观测与颗粒物激光雷达的地基遥感监测结果,能够对无锡地区颗粒物的垂直分布进行初步解析.

2015年宁波地区两次灰霾天气过程气溶胶垂直分布特征分析

利用2015年2月12—18日宁波市镇海区和奉化市双波段偏振气溶胶激光雷达的观测资料,结合常规地面气象观测资料、风廓线雷达观测资料和大气成分监测资料,分析了2月12—14日和16—18日宁波地区两次灰霾天气过程的气溶胶垂直分布特征,并通过532 nm和355 nm双波段偏振激光雷达的消光系数与退偏振度的垂直分布及随时间的变化分析两次灰霾天气过程形成的机理。结果表明:2015年2月宁波地区的两次灰霾天气过程,一次过程是由本地污染物的积聚所致,另一次过程是受外来污染物的跨界输送沉降与近地面污染物耦合所致。宁波地区本地污染颗粒物主要分布在1.0 km以下,外来污染颗粒物主要分布在1.0—2.0 km之间。风廓线雷达观测的高空风场变化与激光雷达反映的颗粒物分布特征具有较好的对应关系,可以进一步对2015年2月宁波地区两次灰霾天气过程的成因进行分析。本文利用多台激光雷达组网对高空颗粒物进行观测,改变了以往近地面观测的局限性和单站点探空的单一性,为定量分析污染物的输送强度和颗粒物的时空演变特征提供了良好的技术方法,可进一步提高灰霾天气的监测预警能力。

苏南地区一次灰霾天气程中颗粒物的空间特征分析

针对2014年5月24-31日期间江苏省南部的一次典型的灰霾天气过程,结合地面环境空气自动监测站数据(AQI、PM_(10)和PM_(2.5))、近地面能见度数据、激光雷达垂直探空结果、气象条件数据,对此次区域灰霾污染的近地面特征和空间特征进行了分析。发现此次灰霾污染过程可以分为2个阶段:第一个阶段,5月24-25日,空气质量由良逐渐增重为中度污染,其中25日11时AQI峰值达到200,近地面能见度2.2 km。近地面PM_(10)和PM_(2.5)的峰值浓度分别为215μg/m^3和150μg/m^3,该阶段PM_(2.5)/PM_(10)的比值均值达到0.6;无锡地区2.5 km高度范围内分布大量的强消光性粒子,导致消光系数超过0.8 km^(-1),退偏振度不足0.1,以局地球形细粒子为主;第二个阶段,26-31日空气质量再次恶化,污染程度累积,27日23时、29日21时、31日3时达到484、239和231。26-31日,近地面首要污染物是PM_(10),PM_(10)的均值210μg/m3,PM_(2.5)的均值97.7μg/m^3,PM_(2.5)/PM_(10)的比值均值低于0.5;大气中分布的颗粒态污染物粒子的不规则程度增大,大气消光系数略有减弱,约0.6 km^(-1),退偏振度系数大于0.3,说明此阶段大气中含有较多的浮尘粒子。其中,27日消光系数有突然增大的过程,这与江苏地区的秸杆燃烧过程密切。通过后向轨迹与卫星监测的火点分布,表明27、28日的气流轨迹将大量的不完全燃烧的生物质粒子带到观测站点附近。近地面的气象条件分析发现,26-29日,随近地面的大气压力从1 000 h Pa降至993 h Pa,相对温度从80%以上降至不足45%,峰值超过6 m/s,直接使得空气中颗粒物增多。

激光拉曼光谱在水质分析中的应用

采用激光拉曼光谱对不同生产阶段自来水样品的硬度指标进行了研究,测量了水样品拉曼谱的弯曲振动峰与伸缩振动峰强度的比值,并计算了样品在伸缩振动拉曼峰处的退偏振度.结果表明,随着水样品总硬度的减少,弯曲振动峰与伸缩振动峰强度的比值和样品在伸缩振动拉曼峰处的退偏振度均随之减少.