环境科技创新与环境产业创新高质量协同发展路径研究——以“中国环境谷”为例

科技创新是产业创新的战略支撑,产业创新是科技创新的驱动力。坚持“四个面向”推进科技高质量发展,须加强科技创新与产业创新的协同与共振发展。本文以安徽省节能环保战略新兴产业集群之一“中国环境谷”的发展为例,剖析了环境领域科技创新与产业创新协同发展的思路,提出了“科技创新推动-管理创新引领-产业创新落地”的发展体系,探索给出深层次推进我国战新产业高质量发展的战略发展路径。

合肥地区气溶胶光学特性的地基观测研究

利用自主研制的DTF-5型太阳辐射计观测舍肥地区2008年10月～2010年5月的太阳直接辐射消光，反演合肥地区气溶胶光学厚度、Angstrom参数和沙尘天气过程中的粒子谱分布，并对结果进行分析。结果表明：合肥地区气溶胶光学厚度季节变化除气候因素外，受人为因素影响明显，季节变化规律复杂。总体上秋季较小，冬春季节持续增大，夏季较平稳。而Angstrom参数与气溶胶光学厚度大致呈反相关，秋冬上升，春季骤降．夏季平稳值较大。气溶胶光学厚度日变化大致可分为4种类型：日变化相对稳定；整体呈上升趋势；整体呈下降趋势；一日内出现一到多个峰值。其中第四种类型出现几率最大。沙尘天气过程中，气溶胶光学厚度和Angstrom参数分别呈现出“谷-峰-谷”、“峰-谷-峰”的变化规律，其中Angstrom参数在沙尘影响严重时甚至出现负值。半径为0．2～1．0μm的大粒子和大于1．0μm的巨粒子浓度在沙尘天气过程中大幅增加。

纤维素拉曼光谱的单体仿真方法研究

纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖,是世界上最丰富、最便宜、最容易获得的天然聚合物。纤维素作为最古老最丰富的天然高分子在研究中备受关注,纤维素的可控性取决于其分子量、大小和结构,而拉曼光谱具有“指纹特性”,可以对不同的纤维素纤维进行鉴别,也能对历史老化的纺织纤维材料进行鉴别。然而纤维素作为大分子多糖对其做理论仿真较为困难,该研究提出采用基本单元模拟大分子光谱这一方案,使用纤维素单体仿真拉曼光谱来分析纤维素大分子的光谱性质。使用Gaussian 16软件基于密度泛函理论,在B3LYP/6-31g(d, p)的基组条件下,计算了不同外电场(-0.01-0.03 a.u.)下的纤维素单体的拉曼光谱,以及纤维素双链节的拉曼光谱。研究表明,在无外电场作用下,纤维素单体的拉曼光谱主要在449、 597、 842、 1 127、 1 361、 1 395和3 005 cm^(-1)处有特征峰,对其做振动分析,结果表明这些拉曼峰分别是由环(C6—C4—O20)伸缩振动、 C—C—H扭曲振动、环(C4—O20—C2)伸缩振动、糖苷键(C2—O1—C8)的伸缩振动、 CH_(2)的弯曲振动、 CH_(2)的弯曲振动、 CH_(2)的伸缩振动产生。通过与实验值比较,纤维素单体仿真拉曼光谱与天然纤维素的实测拉曼光谱相吻合,故可通过对纤维素单体的第一性原理计算来反映纤维素大分子的拉曼光谱特性。当外电场由负方向变为正方向且逐渐增大时,597 cm^(-1)对应的环C—C—H扭曲振动的振幅无明显变化,以无电场为基准,施加外电场时,振动能量减小光谱红移;1 127 cm^(-1)对应的糖苷键(C2—O1—C8)的伸缩振动振幅明显减小,光谱呈蓝移;CH_(2)的弯曲振动在1 395 cm^(-1)处的特征峰光谱呈蓝移,在1 361 cm^(-1)处产生的光谱先蓝移再红移又再次蓝移,推测是弯曲振动区域更容易受到骨架振动和环境变化的影响。对比纤维素单体与双链节拉曼光谱的差异,除单体明显的特征峰外,双链节分子的在1 041和151 cm^(-1)处有明显的特征峰,其分别为仲醇C—O伸缩振动,C—O—H弯曲振动所产生,可对纤维素单体的拉曼光谱进行补充说明。这些结论为研究纤维素在外电场作用下的光谱提供理论依据,同时为其他大分子聚合物的拉曼光谱研究分析提供一种新的方法。

空间外差遥感数据光谱-干涉图双向校正算法研究

空间外差光谱技术(SHS)作为新型高光谱分析技术,被广泛应用于大气检测、卫星遥感等领域,但由于空间外差光谱仪的制作不理想或工作环境的变化都会改变仪器参数而引入误差,使干涉图数据不准确,需要进行误差校正。在卫星平台下,由于与地面环境的巨大差异,导致地面测定的校正参数对空间外差干涉图数据不再适用,特别是调制项误差(相位误差和非均匀误差)的改变,极大影响了光谱的准确性。针对空间外差遥感数据的调制项误差,从光谱与干涉图两个方面入手,进行误差分离与原因分析,认为空间外差遥感数据误差主要来源于CCD尺寸伸缩导致的光谱频率变化和CCD响应改变导致的干涉图强度变化,提出了光谱-干涉图双向校正方法。校正测试数据选取高分五号搭载检测仪(GMI)实测的12条O 2吸收光谱。取其中一条作为标定光谱,以SCIATRAN仿真的无误差光谱为基准,与标定光谱进行对比,分析两者在光谱维的频率偏差,通过特征峰频率确定两者的频率变换关系。然后根据变换关系将仿真光谱进行频率拉伸,使拉伸后的仿真光谱与实测光谱谱峰重合,计算拉伸仿真光谱与实测光谱干涉图,将两者干涉图相比得到干涉图强度的变化关系。最后将干涉图强度变化关系用于其余11条光谱的校正,得到校正后光谱。为了衡量校正效果,以校正前后光谱的标准差、均方误差和信噪比作为评价指标。结果显示标准差、均方误差都明显降低,同时信噪比显著增大,且标准差基本都在0.07以下,信噪比基本能达到20以上。其中校正效果最好的实测光谱,标准差减少了0.3767,信噪比提高了25.1016,均方误差降低了0.1587,校正效果较差的实测光谱,标准差减少了0.2296,信噪比提高了9.6328,均方误差降低了0.1049。因此所提出的光谱-干涉图双向校正方法对空间外差遥感数据的误差校正起到较好的效果,且处理过程简单,为同类数据的处理提供了一种新思路。

中远红外非线性晶体材料CdSe生长及光学性能研究

红外非线性晶体材料CdSe具有透光波段宽广,吸收系数低等优点,在中长波尤其是8～12μm红外波段的频率转换方面有广阔的应用前景,目前已引起国外众多科研机构的极大重视。采用高温元素反应法直接合成CdSe多晶料,利用温度梯度熔体区熔法生长出CdSe单晶,晶体棒毛坯尺寸达Φ19×70 mm;通过X射线粉末衍射、感应耦合等离子体质谱等对多晶原料进行成分分析,原料纯度可达5N;利用低倍率红外显微镜、红外分光光度计检测了晶体的基本光学性能,3～20μm波段晶体平均吸收系数α约为0.08 cm^(-1),品质良好,已能满足激光实验要求。

中国典型地区大气光学特性及其应用

大气的光学性质决定了大气辐射平衡;各种先进光电技术的应用场景绝大部分都位于地球大气层内或通过大气路径,相关光电系统的功能受到大气光学特性不同程度的影响.大气光学特性(包括地表的光学特性和天空背景辐射特性)是光波在大气中传播和大气辐射传输研究必需的基础物理性质,在气象、气候和天文观测等基础和应用研究以及自适应光学技术、自由空间光通讯等光电工程应用中具有十分重要的作用.中国的自然环境十分复杂,相应的大气光学特性不能简单的套用国际上其它地区的模式.应进行中国大气光学特性的区域划分,在各个典型地区进行大气光学特性的系统测量和数据分析,对有关大量气象和大气光学特性观测资料进行分析研究,获得各典型地区大气光学特性的统计特征,建立可用于辐射大气传输、光波大气传播研究、光电系统分析与设计等的我国各个典型地区的大气光学特性的统计平均模式,研制光辐射大气传输及其光电应用软件包.

合肥地区气溶胶光学厚度的时间变化特征

利用太阳辐射计CE318对合肥地区大气气溶胶进行长期系统的观测,对2002年至2007年间的观测数据进行反演分析,得出了气溶胶光学厚度随时间变化的统计特征.结果表明合肥地区气溶胶光学厚度日变化有5种类型;气溶胶光学厚度随月份有波浪式变化,月平均值在4月份和8月份分别达到最大值0.727和最小值0.192;四季中春秋季节的气溶胶光学厚度大于夏冬季节,春季最大0.636,夏季最小0.262;2004年至2007年冬季气溶胶光学厚度有逐年增大的趋势.

厦门海域气溶胶光学特性的观测研究

在讨论了太阳辐射计标定的基础上,介绍了利用多波段太阳辐射计对厦门海域气溶胶光学厚度的测量。研究测量结果表明厦门海域气溶胶的Jungle参数是3.0017,它具有大陆模式的特性。

卫星光学相机MTF在轨检测方法研究

调制传递函数是反映卫星光学相机成像性能的重要参数,针对调制传递函数多种在轨检测方法,本文在分析了可利用地面景物的基础上,结合目前卫星光学相机分辨率不断提高的现状,着重从原理和方法上介绍了利用不同亮度地块接壤的地面靶标进行检验的刃边法,同时依据实验研究成果,介绍了对原始刃边数据拟合和调制传递函数的频谱增密技术,这些技术对提高调制传递函数获取精度具有重要的作用。

典型地区大气光学湍流测量与模式研究

在东南沿海地区、合肥地区和西北干旱地区进行了常规气象参数和光学湍流的测量.从地域气候上分析三个实验点所具有的典型特征.分析了不同下垫面对近地面光学湍流强度的影响,提出了近地面和高空光学湍流估算方法,并探讨了光学湍流的预报模式.Bulk方法可用于估算陆地和海面上的C_n^2.通过对输入参数进行适当调整,近地面湍流预报模式估算结果和实际测量结果在量级和变化趋势上较为一致.可以用常规气象参数估算光学湍流廓线,合肥上空的光学湍流可以用Hufnagel模式进行拟合.

基于光学遥测技术的合肥市气溶胶参数观测

为了解合肥市气溶胶光学特性参数,采用太阳光度计CE318对雾霾期间气溶胶进行监测并分析了气溶胶光学厚度(AOD)、Angstorm波长指数(α)、体积谱函数等气溶胶光学特性参数。同时采用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演了雾霾期间二次气溶胶前体物NO2柱浓度并和固定点测量的颗粒物(PM)浓度进行了对比。分析表明,雾霾期间的气溶胶光学厚度比晴天高,且随波长的增加而减少。Angstorm波长指数在雾霾天气时平均值较高,表明合肥雾霾天气期间气溶胶粒子以细粒子为主。气溶胶前体物NO2浓度变化与雾霾天气空气中颗粒物含量(PM10、PM2.5等)变化一致性较好,表明二次气溶胶可能对气溶胶颗粒浓度有一定影响。

合肥地区晴空水汽含量变化特性研究

大气中的水汽对940nm附近的太阳辐射吸收较强,利用水汽吸收透过率与水汽量的关系可以反演大气柱水汽总量。介绍了基于太阳辐射计反演大气柱水汽总量的方法,并对合肥地区2005年至2006年间的晴空观测数据进行反演,结果表明合肥地区夏季水汽含量最高,冬季水汽含量最低,春夏季水汽含量高于秋冬季;在水汽含量高的7月和含量低的3月,大气垂程水汽总量在一天中的相对标准偏差分别为2.34%和6.27%,表明晴好天气时合肥地区的水汽量日变化不大。

基于光谱靶标的光学遥感器光谱响应特性在轨评估方法研究

多光谱遥感技术在研究地表生物量、气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用,遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。遥感器在轨运行期间,受空间辐射、温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响,光学系统光谱敏感度产生退化,导致测量值与真值出现偏差,影响影像产品的精度。在已有工作的基础上,提出了一种简化的基于人工光谱检测参照的光谱响应特性在轨评估方法,通过建立光谱响应函数的退化模型,结合光谱靶标反射率的测量结果与影像反演结果,实现遥感器光谱响应特性的在轨评估。经仿真实验与在轨实验验证,该方法可以有效实现对光谱响应函数波长漂移和带宽缩放变化的检测,并有利于提高遥感器长时间序列数据产品精度和多种遥感器数据产品的综合利用水平。

长春地区夏季光学湍流及气象参数测量研究

通过湍流气象探空仪测量湍流廓线及常规气象参数并同时监测地面温湿变化,得到长春地区夏季湍流及温湿度的垂直分布状况。对测量结果分析发现,所测湍流廓线较好地符合适用于中纬度地区的Hufnagel—Valley湍流模式,由此计算出的大气相干长度r_0平均值为5.5 cm,与HV模式相适应。在湍流气象探空仪双通道工作情况下,采用不同的微温探头间距对折射率结构常数进行测量,发现两种距离下湍流强度随高度的变化趋势基本相同,在10 km下的较强湍流区0.5 m间距测量结果稍大于1 m的情况,由此计算的r_0相差不大,1 m测量结果相对起伏较大,细节明显。

加快发展中国科技工业园区建设

探讨了美国硅谷长盛不衰的原因 ,指出创新和营造适合的创业环境是发展中国科技工业园区的必要条件 ;通过对北京、上海、深圳等地高新技术产业园区发展情况的分析介绍 ,强调加快发展作为企业栖息地的科技工业园区建设 ,将推动中国高新技术革命的进程 。

CO和CO_2的1·58μm波段可调谐二极管激光吸收光谱的二次谐波检测研究

红外可调谐二极管激光吸收光谱技术作为新的痕量气体监测分析方法,在大气化学研究和污染气体监测中得到了应用。文章介绍利用可调谐二极管激光吸收光谱学(TDLAS)技术对常压下的CO和CO2的近红外波段光谱静态测量研究和洛伦兹线型下的CO2二次谐波光谱与调制度的关系。

傅里叶变换红外光谱仪复数光谱误差分析及辐射定标方法研究

主要讨论了傅里叶变换红外光谱仪的相位偏移产生的原因,并且用严密的数学推导证明了相位偏移与复数光谱之间的关系。同时还分析了傅里叶变换光谱仪辐射量偏移产生的原因,并提出了复数光谱的辐亮度定标方法,该方法能够对辐射量偏移进行校正。实验数据与理论值的对比证明这种定标方法具有很高的精度。

可调谐半导体激光吸收光谱学测量甲烷的研究

甲烷是天然气和矿井瓦斯等多种气体燃料的主要成分,由于其易燃易爆的特性,瓦斯爆炸一直困扰着天然气站和煤矿的安全生产。可调谐半导体激光光谱(TDLAS)技术是近年来发展起来的一种新型的气体检测方法。它具有灵敏度高、精度高、选择性强、响应快速等突出特点。波长调制光谱(WMS)技术是TDLAS 技术中一种重要技术。利用WMS技术检测在大气压下、浓度从0．04％至10％的甲烷气体的二次谐波(2f) 信号,并证明了在该浓度范围内2f信号幅值正比于甲烷的浓度,为工业中甲烷气体的浓度监测提供了一种新的检测方法,并为集成甲烷监测仪器提供了理论及实验的依据。

基于神经网络模式识别的糖尿病无创风险评估方法研究

晚期糖基化终末产物在人体皮肤组织中的浓度与高血糖水平密切相关,且具有自发荧光特性。使用自行研制的光学无创检测装置对人体皮肤组织的自体荧光光谱进行测量,建立神经网络模式识别模型对检测对象患有糖尿病的可能性进行风险评估。利用检测装置获取荧光光谱后对光谱数据进行主成分分析,选取前4个主成分作为光谱的特征,建立一个具有4个输入层节点、6个隐层节点、1个输出节点的神经网络模式识别模型。选取在安徽省立医院测量的487例对象数据训练该模型,以70%数据作为训练集,15%数据作为验证集,15%数据作为测试集。模型可给出测试对象罹患糖尿病的风险,或直接给出是否糖尿病的判断。结果显示该模型的受试者工作特性曲线的线下面积为0.81,标准误差为0.02;以模型输出0.5为分类界限时的敏感性为72.4%,特异性为77.6%,整体准确率为74.9%。本研究首次提出使用皮肤组织自体荧光结合神经网络模式识别模型对糖尿病进行无创风险评估,实验结果表明该方法的筛查效果优于目前常用的空腹静脉血浆血糖值法和糖化血红蛋白法。

2.79μm高速转镜调Q Er,Cr:YSGG纳秒窄脉冲激光器

转镜调Q无插入损耗,是获得窄脉冲、高峰值功率输出激光的直接方式。纳秒脉冲需要使用高速转镜调Q,并精准控制电机转速与氙灯放电延时,以使激光介质上能级粒子数反转最大,获得最大激光能量输出。本文设计了以Arduino mega 2560单片机为核心的高速转镜调Q控制系统,通过精确单片机解析串口屏指令控制激光电源的充放电和高速电机启停,同时通过对转镜脉冲信号整合降频控制氙灯放电时刻,实现对延迟时间的精准控制,实现了灯泵Er,Cr:YSGG激光纳秒窄脉冲调Q输出。在5 Hz重复频率下,转镜转速为650 r/s时,获得的最高单脉冲激光能量为45.7 mJ、脉冲宽度为86.2 ns,相应的峰值功率为530.2 kW。