基于车载差分吸收光谱技术的唐山SO_(2)和NO_(x)污染分布及排放研究

二氧化硫(SO_(2))和氮氧化物(NO_(x))作为大气中重要的一次排放物,人为活动造成SO_(2), NO_(x)的过度排放会对生态环境和人体健康产生巨大危害,2018年环境保护部就规定了“2+26”城市需要执行大气污染物的特别排放限值,如:燃煤锅炉排放限值规定的二氧化硫、氮氧化物均为200μg·m-3,因此了解这些城市中SO_(2)和NO_(x)的分布与排放对大气污染防控管制具有重要意义。唐山市作为“2+26”城市中大气污染最为严重的重工业城市之一,近年来实施了多项大气污染防治措施,但空气质量问题仍然严峻。2021年2月26至3月1日,使用基于车载差分吸收光谱技术的移动污染气体监测系统对于唐山市区开展了走航观测实验,获取了走航路径上NO_(x)和SO_(2)的空间立体分布以及走航区域的排放通量。实验结果表明唐山市一环存在多处NO_(2)高值区域,均位于车辆较为集中的立交和路口处。工业园的走航中部分企业存在高NO_(2)、 SO_(2)的排放,且获取的NO_(2)和SO_(2)VCD均值较高,分别是一环的1.75~1.99倍和2.21~3.44倍。结合垂直柱浓度SO_(2)/NO_(2)的比值以及近地面浓度CO/NO_(2)的比值,并用Pearson相关系数确定SO_(2)和NO_(2)柱浓度以及NO_(2)近地面浓度和柱浓度之间的相关性,进一步分析不同区域的主要污染源,结果表明,一环走航获取的SO_(2)/NO_(2)最低为0.42,CO/NO_(2)最高为10.88, NO_(2)地表与柱浓度之间的相关性r达到0.56, 3月1日丰南工业园区走航中,获取的SO_(2)/NO_(2)最高为0.81, CO/NO_(2)最低为7.13, SO_(2)与NO_(2)VCD之间有良好的相关性r为0.787,唐山市一环区域大气污染物以车辆交通尾气排放为主,丰南工业园区大气污染物来源以工业生产过程中高架点源(烟囱)释放的大量NO_(2)和SO_(2)为主。

基于故障树的复杂系统故障诊断软件设计研究

可靠性和安全性要求较高的复杂系统对故障诊断工作的要求也很高。根据系统在设计、运行阶段工作中建立有大量的故障树模型的特点,本文将故障树分析方法与基于知识的方法相结合,提出了一种基于故障树的复杂系统故障诊断方法,并且开发了原型系统,实现了对车载大气光学参数测量系统的快速、智能诊断。

“星-机-地”生态环境遥感反演与设备研制2014年度研究报告

为寻求一系列能敏感、清晰地反映生态系统站木特征及生态环境变化趋势的定量遥感参数,构建可业务化的定量生态环境质量监测指标体系,以在时究尺度上对特定区域范围内生态系统和生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素进行系统地测定,研究围绕生态系统和景观生态学等理念,从区域植被组成状况、植被结构状况和植被功能状况3个方面入手。在多源、多尺度立体监测数据生态环境参数提取研究基础上,重点研究与生产生态环境质量监测与评价的相关参数产品。2014年的主要研究工作为,在基于物候信息和数据拟合算法的支持下,进行了多源遥感数据农作物精细分类、植被遥感决策树分类等方法模型研究;根据NDVI随观测角度的变化规律构造出新型多角度归一化植被指数MNDVI,用以解决LAI反演中过饱和问题,并将实测和估算LAI进行线性回归来进行精度验证。尝试通过结构方程模型建立地表生物量(或LAI)及土壤有机碳与土壤呼吸的关系,实现空间上大面积的土壤有机碳含量估算,并进行土壤呼吸情况的空间分布估计。卫星遥感已被广泛用于大气环境监测与气候变化研究之中,其大范围、动态连续的观测能力对地面观测形成了有益的补充。该研究基于我国大气环境监测的实际需要,基于卫星观测与大气模式、气象数据相结合的思路,初步实现了对流层HCHO柱浓度反演、近地面N02浓度估算,以及基于常规期限观测的气溶胶吸湿增长特性近似等方法的研究,为进一步满足实际的业务监测需要,提高遥感反演精度提供支撑。地基大气痕量气体与气溶胶遥感仪器主要用于获取大气痕量气体柱浓度和垂直分布廓线以及气溶胶光学厚度和消光系数廓线,为星载、机载数据验证提供技术手段。该年度完成了地基大气痕量气体与气溶胶紫外可见光谱遥感探测系统的总体设计、各项关键分系统的设计和加工,包括二维扫描和望远镜单元、光谱探测单元、恒温控制单元等,开展了紫外可见多组分气体浓度反演算法研究等。并进行了实验室测试及实验工作,测试了系统关键部件和验收数据处理算法。

基于可调谐二极管激光吸收光谱技术在线监测机动车尾气排放CO和CO2的方法

基于可调谐二极管激光吸收光谱学（TDLAS）技术的原理,在分析了在线监测机动车尾气排放的污染气体浓度的特殊性的基础上,研究了烟羽的影响以及在线监测中浓度反演的方法,研制了TDLAS实验系统,用该系统对北京市学院路监测点和大羊坊高速公路收费站监测点进行了机动车尾气CO和CO2的实时在线监测,并对监测数据进行了统计和分析.实验表明,TDLAS技术具有灵敏度高、选择性好、响应速度快等特点,适合于机动车尾气排放CO和CO2的在线监测.

1.55μm相干激光雷达系统的硬目标速度探测

为了实现激光雷达系统对硬目标的探测,设计了相干探测系统,引入平衡探测器优化本振的大小,并对漫反射硬目标速度进行了探测。结果表明,采用平衡探测器,优化本振的大小,可以有效地提高系统的信噪比,对漫反射硬目标的速率探测平均误差为0.49m/s,测量速率的方差为0.91m/s,实现了系统对漫反射硬目标速度的相干探测。这一结果对于相干测风激光雷达的研制是有帮助的。

多波长荧光激光雷达测生物气溶胶的数值模拟计算

多波长荧光激光雷达系统用来在生物气溶胶或烟尘到达地面之前进行远距离探测,该系统是一种主动遥感系统,同时具有紫外和红外探测的能力。紫外波长能够提供对生物气溶胶云近实时的探测,并具有一定的分辨能力;红外波长的使用扩大了系统对气溶胶云的探测距离。文中对系统进行了简单描述,同时估算了激光诱导荧光技术探测生物气溶胶的能力,对白天和晚上探测生物气溶胶粒子的信噪比进行了数值模拟,分析了影响信噪比的因素,对实际系统的构建具有指导意义。

旋转式激光光斑测试仪

采用阵列传感器测量光斑方法在实际使用中非常有效 ,但固定阵列在设计中存在一些困难 ,通过旋转系统的设计 ,成功研制出大单元数的阵列光斑测量仪。旋转系统本身的特性要求机械和电路设计采用特殊的结构以解决系统的稳定性。给出了系统研制的设计思想 。

一种微流控系统仿真的新方法

针对复杂的大规模微流控芯片,提出了一种新的通用微流控系统行为模拟方法,计算芯片中由压力驱动的,线性和非线性的,静态和动态的溶液、溶质传输。对芯片中溶液/溶质传输的对流-扩散方程进行了分析,定义新的节点变量,抽象出系统集总模型,通过空间离散化处理,考虑了管壁柔性对模型参数的影响,建立毛细管传输的数值模型。新方法可以避免复杂解析解的求解,计算时间短。利用Verilog-AMS语言实现了模型建立和求解,开发了具体应用程序,对自制微流控开关梯度发生器及脉冲编码调制器进行模拟和分析,通过对比仿真和实验结果,验证了方法的有效性。

基于CPLD的多线阵探测器驱动电路设计

本文主要介绍了基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的多线阵探测器驱动时序电路,该电路应用于可见-近红外光谱仪的开发。为了获取较高的系统信噪比,并覆盖较宽的光谱范围,本驱动电路使三个探测器具有协调的工作时序关系,且可分别调节各个探测器的积分时间。此驱动电路的特点有:对于线阵探测器驱动有一定的通用性;电路结构简单、体积小、调试方便;成本低、功耗低、可靠性高等。

CloudSat/CALIPSO卫星资料分析云的全球分布及其季节变化特征

全球气候模式(GCM)中云的参数化方案具有不确定性,了解云的时、空变化能为参数化方案提供有效参考。利用搭载在属于A-Train卫星序列的CloudSat和CALIPSO上的94 GHz云廓线雷达(CPR)以及正交极化云-气溶胶激光雷达(CALIOP)联合的2级云分类产品,分析了2007年3月—2010年2月8种云类及三相态的云量地理分布、纬向垂直分布的季节变化特征以及云层分布概率。结果发现,卷云的分布体系与深对流云相似,主要集中在西太平洋暖池、全球各季风区及赤道辐合带,分布格局与气压带、风带季节性移动一致。层云与层积云主要分布在中低纬度非季风区以及中高纬度的洋面上。高积云与高层云的分布形成明显的海陆差异,雨层云与积云的分布形成明显的纬度差异。冰云分布与卷云相似,云高随纬度递增而递减;水云分布与层积云相似,平均分布于2km高度;混合云集中于高纬度地区及赤道辐合带,中纬度地区随纬度变化集中于海拔0—10km的弧形带。层状云多以多层云形式出现,积状云多以单、双层云的形式出现,层状云的云重叠现象比积状云更显著。积状和层状云的分布特征与积云和层云降水的分布特征基本一致,验证了不同类型降水的卫星观测结果,同时为气候模式的云量诊断方案提供对比验证的数据。

应用于O_2-A波段云检测的阈值选取方法

云污染直接决定了卫星数据用于反演的可行性,云检测是温室气体反演流程中的必要环节,阈值的选取决定了在O_2-A波段利用阈值法对卫星数据进行云检测的效果,如何获取最优阈值成为关键,目前的阈值选取大多数是经验法,缺乏系统考虑。提出了一种半经验阈值选取方法,根据晴空涵盖率和误判率构建优选函数,通过求取优选函数的极值实现了最优阈值的选取。利用GOSAT卫星数据进行算法验证的结果显示,相比于传统的经验统计法,该方法所选取的阈值应用于O_2-A波段云检测时,云判定的准确率提高近10%。

小口径便携式Mie散射激光雷达的研制和应用

介绍了小口径便携式Mie散射激光雷达的系统结构、技术参数以及激光雷达信号处理的关键技术和处理方法。给出了测量结果,并与Vaisala公司能见度仪的测量结果进行了对比。这种Mie散射激光雷达具有结构紧凑、重量轻的特点,非常适合于进行能见度和大气消光特性时空分布和时间演变特性的研究。同时也可以进行车载或者结合扫描装置进行自动扫描监测,以获取感兴趣的区域颗粒物的时空分布。