地基MAX-DOAS系统获取大气水汽垂直柱浓度方法研究

水汽在大气水循环中起着重要的作用,决定全球的云分布,其浓度的变化影响降水发生频率。降水是影响气候和环境的重要因子,开展准确获取大气水汽浓度是环境气候研究中一个极其重要的课题。多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)是一种快速、准确获取大气痕量气体浓度的遥测方法。由于其稳定、实时在线、多组分同时监测和非接触测量等优势,该技术逐步成为反演大气水汽垂直柱浓度的新方法。针对水汽的吸收峰波段范围窄,浓度较高时会出现饱和吸收效应,构建了地基MAX-DOAS水汽垂直分布探测系统,开展了精确获取水汽垂直柱浓度的反演算法研究,并以淮北为研究地点获取了水汽垂直柱浓度。反演过程中,选取天顶方向采集的当圈太阳光谱作为参考谱,根据DOAS算法反演得到其他仰角水汽差分斜柱浓度(dSCD),最终解析出水汽的垂直柱浓度(VCD),其中大气质量因子(AMF)通过几何近似法获得。为了降低其他气体的干扰影响,实验前对比分析了不同波段反演水汽差分斜柱浓度的反演误差,确定最优反演波段433~452 nm。于2023年2月24日至2023年4月2日在淮北地区开展连续观测。实验结果表明:监测期间淮北地区水汽浓度具有早晚高中午低的V型日分布特征。将观测的水汽垂直柱浓度结果和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析日值数据进行相关性分析,二者具有较好的一致性(R=0.95)。分析监测期间风速、风向与H_(2)O VCD分布关系,发现当风向在60°附近且风速小于5 m·s^(-1)时,H_(2)O VCD呈现升高的趋势。在污染阶段,小风速和较高水汽浓度是普遍存在的特征。研究表明,搭建的地基MAX-DOAS系统在蓝光波段可对水汽垂直柱浓度进行有效监测,为反演大气水汽垂直柱浓度提供了一种有效的技术手段。

感烟探测器在电缆隧道中的应用及改进方法

介绍了常用的感烟探测器在电缆隧道内的使用情况,以及感烟探测器灵敏度的设定及标定方式,研究了感烟探测器在日常工程使用中误报警的原因,并提出了使用区域加热降湿法和双波长光电感烟探测器,可有效降低感烟探测器的误报率。该研究对感烟探测器在实际工程中的应用具有一定的参考价值。

特征谱区筛选在近红外光谱检测茶叶游离氨基酸含量中的应用

为了提高近红外光谱快速检测茶叶游离氨基酸含量的精度和稳定性,利用特征谱区结合偏最小二乘法建立了预测模型。研究了利用联合区间偏最小二乘法和遗传偏最小二乘法等筛选特征谱区的方法,通过交互验证法确定偏最小二乘模型的主成分因子数和筛选区间,并以预测均方根误差(RMSEP)和相关系数R作为模型的评价指标。实验结果表明:两种方法建立模型的预测能力都好于传统PLS模型;利用联合区间偏最小二乘法建立的预测模型最佳,预测的相关系数R和RMSEP分别为0.9542和0.2560。研究结果表明,近红外光谱结合特征谱区筛选方法可以快速准确地测定茶叶中游离氨基酸含量。

地基遥感监测杭州地区气溶胶光学特性及大气环境变化

利用2006年4月—2007年4月杭州地区4个监测点CE-318太阳分光光度计的实测数据,精确反演了杭州地区实测日期气溶胶的光学特性,并分析了其时空分布特征.结果表明:随着大气气溶胶混浊度系数(β)的增加,波长指数(α)减小.大气气溶胶光学厚度(AOD)与β存在较好的线性相关(相关系数达0.90),且较为一致地反映了该地区春季大气污染严重,夏季相对清洁,晚秋初冬为过渡反弹期的季节变化特点;但在空间上二者又表现出不同的细节特征,主要是与气象参数和下垫面特征紧密相关.分析近地面ρ(PM10)的实测数据可知,AOD与ρ(PM10)的日均值具有很好的相关性,相关系数为0.74,明显高于二者小时均值的相关系数.

基于中波近红外光谱构建生鲜鸡肉胆固醇定量分析模型

通过采集市售生鲜鸡肉样品在中波近红外区的光谱信息,采用偏最小二乘法构建胆固醇定量分析模型,并评价模型的预测准确性.在建模过程中,讨论异常样品剔除与组合预处理方法等优化措施对模型的影响.参模样品经2 次异常样本剔除并以SG（Savitzky-Golay）一阶导数、SG平滑及去趋势校正进行预处理后,获得了最佳生鲜鸡肉胆固醇定量分析模型,其中：校正标准差（standard error of calibration,SEC）为4.534 8、校正集相关系数为0.919 7、预测标准差（standard error of prediction,SEP）为7.437 5、验证集相关系数为0.812 0、范围误差比为2.844 7、相对预测标准差为9.44%、主因子数为5、SEP/SEC为1.640 1.对检验集样品预测的结果表明,基于中波近红外光谱构建的胆固醇定量分析模型的预测性能较好（P〉0.05）,特别是在60～100 mg/100 g含量区间,可应用于对市售生鲜鸡肉及产品胆固醇的检测.

便携式中波近红外光谱仪在线无损检测生鲜猪肉胆固醇

应用便携式近红外光谱仪采集320份生鲜猪肉在近红外光谱中波区的光谱信息,采用不同优化方法建立猪肉胆固醇预测模型,并对异常样品的剔除及组合预处理方法对模型性能的改善进行了分析。研究表明:通过对异常值的二次剔除,并使用SG一阶导数(savitzky-golay first derivative,SG 1st D)、SG平滑(savitzky-golay smoothing,SGS)和正交信号校正(OSC)的组合预处理方法,可获得最佳生鲜猪肉胆固醇预测模型,其参数如下:校正集相关系数(Rc)=0.9137,校正标准差(standard error of calibration,SEC)=2.5607,验证集相关系数(Rp)=0.656 7,预测标准差(standard error of prediction,SEP)=4.985 5,主因子数(principal factor,PF)=4,范围误差比(ratio of performance to standard deviation,RPD)=2.5032,相对预测标准差(relative standard error of prediction,RSEP)=8.625 4%,SEP/SEC=1.946 8,说明模型在近红外光谱中波区对猪肉胆固醇的分辨能力和预测准确度较好,通过向校正集中补充代表性样品可使模型稳健性进一步改善。对检验集样品预测值(prediction value,PV)与参比值(reference value,RV)的t检验显示二者之间无显著性差异(p>0.05),检验集样品总体预测准确率为62.5%,其中50~70mg·(100g)-1区段的局部预测准确率达到91.7%,可以用于生鲜猪肉胆固醇浓度的在线快速初步定量分析。该研究将便携式近红外光谱用于在近红外中波区对生鲜猪肉及肉制品中胆固醇浓度的分析和检测,通过进一步的研究和改进,可将其应用于产品的原料分级、品质和过程控制及市售产品的抽检等。

Nd:GYSGG/YVO_4双波长人眼安全波段内腔拉曼激光器

以Nd:GYSGG晶体为激光增益介质,a切割YVO4晶体为拉曼增益介质,利用Nd:GYSGG晶体的双波长激光运转特性实现声光调Q 1.5μm人眼安全波段双波长内腔拉曼激光器。为克服Nd:GYSGG晶体严重的热透镜效应对激光器功率的限制,实验确定其同带泵浦吸收峰位置及吸收系数,采用同带泵浦方式减轻热效应。吸收882.9 nm泵浦光功率17.1 W时,在20 k Hz的脉冲重复频率下获得1.44 W的1.5μm双波长输出,转换效率8.4%,光束质量因子M2=2.4;棱镜分光测得其中1 497 nm和1 516 nm功率分别为0.55 W和0.89 W,二者脉冲宽度相近,均为15.3 ns左右。与808 nm传统泵浦相比,同带泵浦方式下激光器的输出功率及光束质量均得到明显提升。

艾比湖流域春季大气气溶胶光学性质

利用MicrotopsⅡ太阳光度计观测数据,得到艾比湖流域春季气溶胶光学厚度(AOD550)、Angstrom波长指数(α).结果显示,艾比湖流域春季AOD主要集中在0.1~0.4之间;受盐尘迁移过程中粉尘扩散、沉降等影响,精河地区和乌苏地区气溶胶光学性质存在一定差异.精河、乌苏两地AOD平均值分别为0.290和0.242,变异系数分别62.966%和47.444%,α平均值分别为0.609和0.894,变异系数为33.368%和56.946%,精河地区大气气溶胶主控粒子粒径相对较大,而乌苏地区气溶胶粒子的粒径变化幅度相对较大;AOD和α的关系复杂,当地主导风向是沙尘气溶胶的主要来源,温度变化并不是导致艾比湖流域AOD变化的内在原因;α<0.5时,乌苏地区AOD随RH的增大而减小,精河地区受盐尘中可溶性离子的影响,表现出一定的吸湿性,α>1.0时,细粒子吸湿增长造成AOD随RH的增大而增大,当0.5<α<1.0,气溶胶表现出一定的吸湿性,但当50%<RH时,可能存在降雨对气溶胶大颗粒的冲刷从而导致AOD的降低;精河地区AOD高值的主要原因是大粒子的增加,小粒子气溶胶引起高污染现象的可能较小;乌苏地区气溶胶组成成分复杂,AOD高值受细模态粒子和粗模态粒子共同影响.

黄土高原半干旱地区气溶胶特性

利用2006年8月～2007年7月兰州大学半干旱气候与环境观测站CE-318数据产品,对气溶胶光学厚度,大气可降水量及Angstrom波长指数的日变化及季节变化特征进行了分析.同时分析了常规温压湿资料、PW及Angstrom波长指数与气溶胶光学厚度的关系.对CE-318反演得到的PW与微波辐射计由神经网络算法得到的水汽总量进行了相关性分析,认为二者对水汽总量测量能力相当.

切趾超短FBG中心波长解调实验研究

为提高光纤光栅传感器的测量范围和可靠性,本文采用单缝衍射方法实现了栅区长度小于1.5 mm,3 d B带宽大于1 nm,反射谱边缘有效线性区大于0.6 nm的切趾超短光纤光栅。并用其作为传感单元,提出了一种利用超短光纤光栅线性区域的中心波长解调方法。为了充分利用其反射光谱左右两侧的线性区,采用双波长激光的互补解调方法,将波长解调范围扩展到2.4 nm。实验结果表明,光功率与中心波长之间的线性度达到0.992。将测量值与实际值进行比较,两者具有较好的一致性.该方法具有结构简单、功耗小,测量空间分辨率高等潜在优势。

MWPLS法在羊肉中TVB-N近红外定量分析中的应用

将移动窗口偏最小二乘（moving window partial least squares,MWPLS）法应用于羊肉中挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen,TVB-N）含量的近红外定量分析模型的构建中,通过改变MWPLS的窗口宽度,优选与羊肉中TVB-N含量高度相关的光谱区域。模型评价及验证结果显示,移动窗口宽度为160个波长点时优选得到的光谱区域（1 325～1 484 nm）所构建的定量分析模型最佳,其预测相关系数、预测标准偏差、主因子数和预测偏差比率分别为0.856 84、0.564 29 mg/100 g、5和2.9,这说明MWPLS可以有效地筛选羊肉中TVB-N的近红外光谱信息区间,提高定量分析模型的预测能力,并降低数据的处理量（数据点由800个减少为160个）。

新疆地区不同下垫面气溶胶光学特性的分析

利用太阳光度计CE318资料,对新疆地区3个观测站点(阿克达拉、乌鲁木齐、塔中)所代表的草场、城市和沙漠下垫面的440 nm波长处气溶胶光学厚度(AOD)和440~870 nm之间的Angstrom波长指数(AE)进行了统计分析,结果表明:三个站点的AOD年均值塔中站最大、乌鲁木齐站次之、阿克达拉站最小。其中阿克达拉站点的AOD全年变化不大,其月均值均小于0.3;乌鲁木齐站点AOD则表现出明显的季节性变化,冬春季的AOD月均值是夏秋季节的2.17倍;塔中站全年的AOD表现为单峰型,大值时段主要集中在3-7月。三个站点的AE年均值阿克达拉站最大、乌鲁木齐站次之、塔中站最小。阿克达拉和乌鲁木齐站点的AOD以人为排放等小粒径气溶胶为主,塔中站的AOD主要为沙尘等大粒径气溶胶。从年际变化来看,乌鲁木齐站AOD总体呈下降趋势,塔中站和阿克达拉站AOD总体呈上升趋势。乌鲁木齐霾天气的AOD日均值分布在0.35~1.21之间,塔中站沙尘天气的AOD日均值范围为0.30~2.05。

长脉冲keV X射线源的辐射特征

利用神光Ⅱ第九路2 ns长脉冲激光束作用厚钛固体靶,研究了产生的keV X射线源的辐射区域和总辐射功率的时间行为。结果表明:在长脉冲激光作用厚固体靶时,硬X射线线辐射功率的时间行为以及辐射体积的时间行为与激光脉冲波形一致;长脉冲时,等离子体2维膨胀效应非常显著,keV X射线线辐射的径向辐射区域在激光焦斑尺寸附近达到饱和,导致X射线线辐射功率出现饱和,且keV X射线线辐射的辐射体积正比于焦斑尺寸的3次方。从理论和实验角度研究了在同样入射激光能量下,辐射功率随激光焦斑尺寸的变化关系,发现keV X射线线辐射的饱和辐射功率正比于焦斑尺寸的5/3次方,理论结果与实验结果一致。并讨论了相同基频输出激光能量下,keV X射线辐射总功率随激光波长的变化关系,发现即使考虑了倍频效率的影响,短波长激光仍然有利于keV X射线的发射。

810nm半导体牙科激光治疗口腔颌面部良性病变35例分析

目的：尝试应用810nm半导体牙科激光治疗口腔颌面部良性病变,并与传统CO_2激光外科进行比较。方法：自2005年8月至10月,应用810nm半导体牙科激光治疗口腔颌面部良性病变35例。采用电脑编程预设外科激光手术模式,激光治疗平均参数为2～6．6J/cm^2,脉宽30～60ms,400μm直径光纤专用刀柄,光纤为接触式。治疗病种包括黏液腺囊肿4例、乳头状瘤3例、微囊型淋巴管或(和)静脉畸形5例、白斑8例、舌系带附丽过长4例、牙龈增生11例。采用2%利多卡因局部麻醉后,实施激光切除手术。随访3～4个月,随访率100%。结果：本组35例显示,810nm半导体激光手术总有效率为100%,治疗后近期无复发。结论：810nm半导体牙科激光具有良好的水中切割功效,接触式纤细光纤切割较为精准,周围组织热损伤较小,是口腔颌面部激光手术的先进工具,其远期疗效有待进一步观察。

地壳磁化强度模型和居里等温面

利用卫星观测的长波磁异常，用等效偶极源方法推导了中国地区的视磁化强度分布．因卫星的高度远大于磁性地壳的厚度，将视磁化强度转换成磁化强度的垂直积分，它代表地壳内磁性物质的区域变化，利用视磁化强度与地表热流相应关系，计算了中国的新疆和东部一些地区居里等温面的深度．新疆地区的居里面深度为35-50km，其分布形态与塔里木盆地和准噶尔盆地的地貌比较相似；中国东部一些地区居里面深度在20-40km之间，与一些作者用航磁等数据得到的居里深度十分接近．

负曲率空心微结构光纤的中红外传输性质

制备成功一种空气孔相互不接触的石英基负曲率芯中红外空心微结构光纤,对其进行排HCl 气体处理后,利用中红外超连续谱光源（覆盖波长范围最长达4.2,μm）对其在中红外波段的传输谱特性进行了测试.制备的这种空气孔相互不接触的石英基负曲率芯中红外空心微结构光纤在2,000～4,200,nm 波长范围之间有4 个高损耗区,在2,000,nm 波长以上有3 个通光窗口分别位于2,200～2,550,nm 波段、2,900～3,300,nm 波段、3,600～4,000,nm 波段,最低的损耗出现在3,600,nm附近,可以低于2,dB/m.

利用双光束光谱光度计测试手机膜防蓝光性能

透过手机膜的光线的光谱透射比能够很好地反应手机膜的防蓝光性能。利用LED光源和双光束光谱光度计搭建光路测试手机膜在蓝色光谱范围(380~500nm)内的光谱透射比。同时,通过比较手机膜在蓝光峰值波长467.5nm处的光谱透射比,从而评价市场上防蓝光手机膜的防蓝光性能。实验表明,大部分标有"防蓝光"字样的手机膜的确具有一定程度的防蓝光能力,但防蓝光数值各有不同,最小的不到10%,最大的能达到近70%,作用有限。该实验结果可为后续研究提供参考。

近红外光区波长标准物质的研制

从薄膜材料选择出发,研究化学计量领域分光光度计近红外光区窄带干涉滤光片的加工工艺,并测试了此标准物质的均匀性及检定周期内的稳定性,同时评价了定值过程中的不确定度。结果表明所研制的近红外窄带干涉滤光片可作为分光光度计近红外光区的波长标准物质。

偶氮胂Ⅲ探针双波长可见吸收光谱法测定药物中乌拉地尔

在pH 7.93的弱碱性Tris-盐酸介质中,乌拉地尔与偶氮胂Ⅲ反应生成具有1个明显正吸收峰和1个明显负吸收峰的二元离子缔合物,最大正吸收峰位于629 nm,最大负吸收峰位于521 nm,其表观摩尔吸光系数(κ)分别为2.27×10~4L/(mol·cm)(629 nm)和1.81×10~4L/(mol·cm)(521 nm),当采用双波长可见吸收光谱法测定时,其表观摩尔吸光系数(κ)可达4.08×10~4L/(mol·cm),线性范围均为0.01~4.2 mg/L,服从朗伯-比尔定律,据此建立了测定乌拉地尔的双波长可见吸收光谱法。结果表明,该方法可用于市售乌拉地尔片剂和针剂药物中乌拉地尔含量的测定。

一种用于2～14μm红外光谱辐射计的波长标定方法

针对所研制的基于渐变滤光片的高分辨率宽波段红外光谱辐射计,提出了一种波长标定方法。首先,由理论推导给出初始波长,并对所用渐变滤光片的非线性进行校正。然后采用基于波长基准源的特征峰匹配法进行波长校正,进而完成波长标定。最后使用激光器对标定精度进行校验。结果表明,本文方法的标定精度优于1%。