基于多源资料的西北地区一次沙尘暴天气过程综合分析

基于气象条件、激光雷达、风场和 HYSPLIT 轨迹模型等多源资料, 综合分析了 2019 年 3 月 26–28 日发生在 甘肃省的一次强沙尘暴天气过程, 全面研究其发生发展、时空分布和垂直结构特征以及主要来源和传输路径。结果 表明: (1) 高空横槽是引起此次沙尘暴天气的关键因子。此次沙尘起源于塔克拉玛干沙漠, 自西向东影响到甘肃省, 使 部分城市环境空气质量转为严重污染。 (2) 此次沙尘传输路径位于甘肃省以北地区, 沙尘在东移过程中沉降明显, 在传 输过程中颗粒物浓度不断降低。通过分析沙尘传输时间可为下游城市空气质量预报提供参考。 (3) 对于荒漠半干旱地 区, 在风速较小的条件下也可能出现强沙尘天气。研究表明地基激光雷达观测资料能较好地分析沙尘暴天气的垂直 发展过程, 对沙尘的传输路径及沙尘来源均具有很好的指示意义。     

基于大气吸收线特征的高光谱热红外数据地表温度/比辐射率反演算法

地表温度和比辐射率的准确提取和反演是热红外遥感的核心问题之一.由于地表温度/比辐射率反演问题的病态性,以及地表—大气强耦合特征等诸多问题,导致目前反演精度仍有待进一步提高.通过深入挖掘大气吸收峰/谷通道处下行辐射偏移量特性,提出了一种基于大气吸收线特征的高光谱热红外温度/比辐射率反演方法,并通过最优通道选择提高了算法的效率和精度.算法一定程度上可抑制大气校正不准确引入的误差,能够有效提高低比辐射率地物的反演精度.模拟数据结果表明:针对高比辐射率地物,算法与ISSTES方法的反演精度基本一致;针对低比辐射率地物,算法最大可提高温度0.48 K和比辐射率2.1%的精度.地面实测数据结果表明:约77%的样本温度反演误差优于1K,比辐射率误差均值优于0.01.     

沙尘暴多重散射对毫米波衰减影响研究

根据随机介质中电波传播理论,应用等效介电常数法和Mie理论,研究毫米波在沙尘暴中传播的衰减;并应用Monte Carlo方法,研究沙尘暴大气中毫米波多重散射对衰减的影响.分别得到了单次散射和多重散射时沙尘暴引起的毫米波段几个大气窗口频率的特征衰减,及随沙尘大气能见度和沙尘粒子水含量的变化关系.结果表明,当能见度小于1 km时,随着能见度的减小,特征衰减增大很快,多重散射的影响也愈来愈大.衰减随含水量的增加而增加,尤其当沙尘粒子水含量大于1%时增加较为显著.因此,对于预测自然沙尘暴大气对毫米波的衰减,当能见度小于1 km时,必须考虑粒子的多重散射效应.当沙尘粒子的水含量超过1%时,需要考虑水含量的影响.这些研究对民用和军用通信、遥感等系统的开发和应用均具有重要的实际意义.     

沙尘暴对低层大气红外辐射的吸收和衰减

根据Mie散射理论用数值法研究了沙尘粒子对大气红外辐射的散射,消光和吸收效率,揭示了不同粒径的沙尘粒子在不同红外辐射波段消光和吸收的特点。考察了三种典型的沙尘天气-浮尘、扬沙和沙尘暴时沙尘对红外辐射的吸收系数和消光系数,得出了沙尘暴天气对红外辐射具有显著的吸收和衰减特别是对于λ=2-2.6υm和λ=3-5υm这两个红外大气窗口的衰减最严重的结论。     

2021 年春季沙尘传输对徐州地区气溶胶演变影响分析

沙尘气溶胶对局地大气环境具有显著影响, 本工作基于 2021 年 3 月中国东部卫星和地基遥感观测资料, 以沙 尘传输过程中上下游的两个城市北京和徐州为主要研究区, 分析了两地气溶胶环境的阶段性变化特征和驱动因子。 结果表明: (1) 连续两次大型沙尘暴均来源于蒙古地区, 并受冷空气驱动影响中国东部地区, 第一次沙尘在江苏腹地进 入黄海, 第二次沙尘在江苏省附近受西南暖风影响发生沙尘回流现象造成持续污染。 (2) 沙尘以粗颗粒物为主, 使得近 地面层 PM10 浓度急剧提升至背景值的 20 倍、 PM2:5 提高至 3 倍。处于下游的徐州地区比上游的北京地区两次 PM10 峰值均低 500 µg·m−3, 且时间延后 12 小时。 (3) 沙尘过境前徐州背景气溶胶以散射性细颗粒物为主, 气溶胶光学厚度 (AOD) 小于 0.5, 单次散射反照率 (SSA) 约等于 0.99。到达徐州地区的沙尘漂浮在 2∼ 4 km 高空层并随重力作用与地 面层气溶胶混合, 使得 AOD 瞬间提升至 1.5 以上, 24 小时后开始逐步由沙尘主导过渡到本地污染物粒子主导 (气溶胶 退偏比从大于 0.25 降至 0.1 以下)。本次沙尘中部分颗粒物成分对 440 nm 光谱吸收性较强, 与沙尘来源有关。     

沙尘对沙漠边缘地区WCDMA信号的影响

首先结合阿拉尔市地形和建筑特点提出了一个改进的路径损耗传播模型;改进的模型中提出了沙尘因子的概念,考虑了沙尘暴对无线信号的影响;通过在沙尘天气对WCDMA基站天线发送信号的强度进行测量,并与无沙尘时测量的信号强度进行比较,使用MATLAB软件进行数据拟合得到沙尘因子,数据显示沙尘因子不仅与能见度有关,与距离基站的距离也存在一定的关系.最后针对模型进行优化前后的仿真比较,结果表明,优化后的模型更接近实际传播环境,沙尘因子的引入对移动通信传输系统的设计和布网有很大的指导意义.     

基于遗传算法综合Terra/Aqua MODIS热红外数据反演地表组分温度

混合像元组分温度相对来说更有应用价值,而多角度热红外遥感的发展推动了混合像元组分温度反演基础和方法的发展.根据前期数值模拟得到Terra和Aqua卫星上的MODIS测量可以认为是同一卫星在两个不同观测时间和观测角度上的测量,综合利用Terra和Aqua卫星上的MODIS数据反演混合像元内土壤和植被组分温度.根据混合像元热红外辐射模型,利用遗传算法,分别模拟Terra卫星MODIS的32和33通道,以及Terra和Aqua卫星上MODIS的32通道辐射反演了河北怀来试验区范围内植被覆盖率、土壤组分温度和比辐射率、植被组分温度和比辐射率等表面参数.通过与实测数据进行比较,综合利用上午Terra和下午Aqua卫星32通道数据反演的上午植被组分温度与地面同步测量温度偏差在1℃内,而利用上午Terra卫星32和33通道数据反演的上午植被组分温度与地面同步测量值偏差在1.4℃内.尽管利用双星数据反演的组分温度精度相对较高,但针对同一个像元,两个方案反演的结果有一定偏差.     

沙尘暴对红外辐射的消光特性分析（特约）

基于Mie散射理论和Monte Carlo方法,分析了国内七种模态沙尘暴对0.86~20 μm波段红外辐射的消光和衰减特性。研究结果表明:对于小尺寸的沙尘粒子,在近、中波红外,消光效应主要是散射作用的结果;对于大尺寸的沙尘粒子,红外消光是吸收和散射共同作用的结果。比较了沙尘暴单次散射和多重散射产生的衰减率差异,多重散射的衰减率小于同一条件下的单次散射衰减率,差异随可见度的增大而减小,基于Monte Carlo方法计算的多重散射衰减率比消光系数更能全面反映沙尘暴对红外辐射强度衰减的影响。六种大颗粒模态沙尘暴比小颗粒模态沙尘暴的红外衰减强度大,衰减率基本随着波长的增大而增大;小颗粒模态沙尘暴的衰减率随波长的变化有明显的起伏,在7.9~12.5 μm范围内有峰值,在13~20 μm范围内衰减率对波长不敏感。     

弱沙尘环境中太赫兹波的散射与传输特性研究

基于HITRAN2012数据库,采用三次样条插值算法给出了太赫兹波段沙尘颗粒的复折射率随电磁波频率的变化曲线。采用Mie散射理论,分析了不同粒径沙尘颗粒对太赫兹波的散射及消光特性。基于单次散射假定,研究了太赫兹波在浮尘、扬沙等弱沙尘环境中的散射与传输特性,考虑不同条件下沙尘粒子的谱分布,分析了入射频率、粒径分布等因素对散射及衰减特性的影响。结果表明:在1 THz～4 THz太赫兹波段,单个沙尘粒子的散射及消光特性分布主要由粒子的尺寸参数决定。对于尺寸较小的沙尘粒子,后向散射系数随着尺寸的增加而增大。当粒子尺寸较大处于Mie振荡区时,后向散射系数起伏变化较大。在浮沉和弱沙尘两种天气条件下,沙尘粒子群的统计消光系数随着入射频率的增大具有相似的增大趋势。本文研究结果对太赫兹波技术在应急通信、大气环境监测、风沙探测等相关领域中的应用具有参考价值。     

大气逆辐射对草地下垫面地表温度的影响研究

根据SKYNET合肥站三年期间无云晴天4～50 μm波段地表向上长波辐射Rlu和大气逆辐射Rld的观测资料,定量分析了大气逆辐射对草地下垫面地表温度的影响.结果表明:大气逆辐射对地表温度日平均值的影响程度在夏季最大、秋季次之、冬季最小,当地表比辐射率ε=0.98时,地表视温度与地表温度日平均差值全年在0.96～4.41 K之间,7、8月份在1.3 K以上;任何季节.大气逆辐射对地表温度日分布的影响幅值均在夜间大、白天小、中午前后最小,冬季影响最为显著,地表视温度与地表温度的差值T*-Ts均具有"V"型日分布特征;长波辐射比Rld/Rlu越大,大气逆辐射对地表温度的影响程度越大,得出了T*-Ts与长波辐射比以及地表比辐射率之间的定量统计关系.     

太原盆地霾日气溶胶垂直分布及气象要素分析

近年来,太原盆地气溶胶污染比较严重。为探讨太原盆地气溶胶垂直分布及气象要素的影响,本研究团队应用CALIOP气溶胶资料、地面观测站资料获得了太原盆地2018—2020年气溶胶消光系数的垂直分布;基于HYSPLIT后向轨迹和聚类分析方法,结合CALIOP气溶胶类型数据、NCEP/NCAR再分析资料、MICAPS高空和地面常规观测资料对太原盆地不同来源的气溶胶的垂直分布、类型及天气形势进行了探讨。结果表明:太原盆地霾日气溶胶消光系数的最大值为1.22 km-1,消光系数随着高度的增加而减小;晴日消光系数的最大值为0.33 km-1;新疆和内蒙古方向的气团对太原霾日的贡献最大(46%),其次为来自本地的污染气团(39%);太原盆地受西北或偏西气流的影响,同时在低层暖平流的控制下,易聚集污染沙尘型气溶胶;在静稳天气背景下,低层暖平流导致逆温层形成,地面弱气压区及弱风速区使污染物不易扩散,容易聚集污染沙尘型气溶胶和大陆污染型气溶胶;地面上,太原盆地处于高压底前部,地面风速较大,700～850 h Pa处的冷平流将高纬度的污染物输送至太原盆地,气溶胶以沙尘型气溶胶为主,气溶胶抬升高度较大。     

M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法

针对目前发射率测量方法只是对某一单一物质进行接触式测量,难以获得复杂目标的发射率三维分布问题,提出一种基于M8激光雷达回波的非接触式发射率三维分布测量方法。首先基于激光雷达传输距离方程分析回波强度特性,通过M8激光雷达对95%标准漫反射板进行扫描,叠加多帧单线点云,得到具有反射光谱特性的雷达强度三维点云像;运用分段多项式模型拟合距离-强度及入射角-强度之间的关系,基于得到的分段多项式模型校正距离和入射角度影响下的回波强度,使不同距离与入射角情况下所测回波强度能够真实地反映目标的反射光谱特性,校正结果显示,标准漫反射板回波强度变异系数分别从0.267 6和0.343 8降低到了0.042 0和0.041 2,回波强度一致性分别提高了84.31%和88.02%,使雷达所测得强度值能直接反映目标材料的反射光谱特性,验证了强度校正模型的有效性;最后基于得到的分段多项式校正模型对带有反射率真值贴片的缩比卫星模型雷达强度三维点云像进行强度校正,利用校正后的回波强度的反射光谱特性,计算出目标表面的反射率,运用反射法进一步推导其发射率,得到缩比卫星模型发射率的三维分布,三组卫星模型表面贴片的发射率平均...     

陆面温度的反演算法和大气订正的影响

提出了由卫星辐射测量反演陆面温度的算法,可在不需要预先给定通道的地面比辐射率的情况下,同时确定地面温度和比辐射率。同时,为了了解实际应用这种算法的可能性,在一系列陆面温度反演的模拟试验中,考察分析了在大气温度和湿度廓线有各种不同的误差时大气订正对陆面温度反演精度的影响。结果表明,在大气证正中应用的大气温度和湿度的误差不超过通常由探空和卫星遥感得到的大气温度和湿度的误差时,反演得到的地面温度仍可具有     

热敏技术ⅩⅩⅥ(SPIE Vol．5405)

一、辐射测温技术与定标 1.红外光谱辐射率表征装置(LeonardM·Hanssen 等) 2.用于温度测量的陶瓷的比辐射率(叭七1龟ang Bauer 等) 3.常用的黑面制备与材料的多光谱红外BRDF前向 散射测量结果—红外中的黑色有多黑(JohnL Miller) 4.多光谱精密分光高温计及其在工业和科学研究中 的应用(Ralph A.Feliee) 二、探测“萨斯”的医用测温技术I 14.航空红外热像技术在应用和方法学方面的进展 (Gregory R.Stoekton) 15.用红外热像术监测气密性(Ermanno G.Grinzat。 等) 16.用热像术检查一幢建于20世纪20年代并有渗水 问题的大楼(Kathryn …     

星载激光雷达对气溶胶垂直分布的对比分析

云和气溶胶偏振激光雷达(CALIPSO)卫星数据是探测大气气溶胶特征的有效工具。采用CALIPSO数据对37.1°N,113.3°E~38.6°N,117°E之间地理区域的强霾天气、沙尘天气、生物质燃烧污染天气和清洁天气的气溶胶消光系数、退偏比、色比以及温度廓线进行对比分析,结果表明:1)强霾天气主要是球形度较高的水溶性细粒子污染,集中在地表1 km以内,常伴有逆温无风或弱风现象出现;2)沙尘天气垂直分布广,可存留在高空,非球形度高,粒子尺度不均匀,风速偏大;3)生物质燃烧污染天气主要是集中在中低空的细粒子污染,黑碳成分高,消光系数大,常伴有污染性沙尘共同存在。三种污染天气廓线有很大不同,说明不同污染天气的气溶胶垂直分布的差异很大。     

灰霾期间硫酸盐包裹沙尘气溶胶粒子的光学特性研究

灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒表面经过系列化学反应形成复杂的混合状态,为气溶胶光学性质模拟带来很大困难。因此,厘清硫酸盐壳对沙尘矿物颗粒光学特性的影响机制具有重要意义。文中根据灰霾期间硫酸盐与沙尘矿物颗粒反应过程中的混合结构变化,建立了沙尘-硫酸盐颗粒的核壳椭球结构模型。采用T矩阵方法,研究了四波段条件（0.44、0.675、0.87、1.02 μm）下,混合比对单分散系沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响。结果表明:混合比对沙尘-硫酸盐粒子光学特性的影响主要在Mie散射区,在瑞利散射区,混合比对粒子光学特性影响不大。同时研究结果还表明,当混合比小于0.3时,硫酸盐壳在粒子散射特性中占主导地位;当混合比大于0.7时,粒子散射特性主要受沙尘核的影响;在此区间内,粒子散射特性由硫酸盐与沙尘共同影响,并会出现强于（或弱于）任何一种纯颗粒物的现象。该研究对理解灰霾老化期间单颗粒气溶胶混合结构及其光学特性具有重要意义。     

先进微波探测器资料反演地表微波辐射率试验

利用美国环境卫星A型先进微波探测器AMSU-A资料反演中国陆地区域地表微波辐射率.通过辐射传输正演模拟,提出了AMSU-A窗区通道反演地表微波辐射率的指数分析方法.利用模拟数据对比了指数分析方法和以往通道亮温组合方法.结果表明:对于地表比较干燥的地区,指教分析的反演结果略优于通道亮温组合的反演结果.在此基础上利用IGBP(International Geosphere-Biosphere Program)的地表分类数据,提取AMSU-A像元裸土组分的面积百分比信息,并进一步应用于AMSU-A像元裸土组分地表微波辐射率的反演试验,提高了反演精度,并可进一步应用于区域地表湿度信息提取和大气参数反演,以及AMSU-A窗区通道陆地区域遥感信息在数值预报模式中的同化应用.     

红外技术应用及其进展

红外技术应用日益广泛,新的应用提出了一些新的问题和要求,促进了红外技术的进一步发展。本文从以下几个方面加以介绍。一、红外测温红外测温的特点是非接触、快速和灵敏,但准确度不高。原因是红外测温是通过测量红外辐射推算物体的温度。红外辐射不仅是温度的函数,还是物体表面比辐射率ε的函数,另外还受环境辐射的影响。因此红外测温在高的背景辐射和小的比辐射率的物体为对象应用时特别困难。而现在往往对此很感兴趣。例如:     

基于激光雷达和地面监测数据对南京一次沙尘和细粒子污染时空演变特征的分析

利用偏振激光雷达对南京2015年3月一次沙尘和细粒子污染共存过程的颗粒物垂直分布特征进行观测研究,结合地面气象数据、PM2.5和PM10质量浓度数据、PM2.5组分数据、卫星MODIS测量结果,探讨不同颗粒形态下的气象因素、颗粒物浓度分布、组分特征以及颗粒物光学特性的时间演变和垂直分布特征.结果表明:高湿、弱风等不利气象条件利于二次粒子的生成和累积,期间水溶性组分中SNA(SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺)等二次组分浓度明显升高;同一时期长距离输入的沙尘发生的沉降对地面PM2.5化学组分构成显著影响,3月21日下午时段至3月22日在1.1².5 km高度的沙尘颗粒物向地面输送造成地面PM2.5的Ca²⁺突然增大到3.2μg/m³;3月22日下午以后在东南气流影响下,地面PM2.5向西扩散,PM2.5颗粒物浓度得到有效稀释,同时段出现了沙尘输入和扬尘过程,扬尘过程和沙尘输入使地面的粗颗粒增多,PM10剧增至347μg/m³;南京与无锡地区的颗粒物时空分布呈现高度相似的变化特点,具有区域性分布特征.后向轨迹分析表明,500 m、800 m及1000 m三个高度气团移动方向基本一致,主要从内蒙、京津冀、山东等地入海,后又经东海返回内陆抵达南京.     

空间辐射对芯片温度场分布影响的研究

简述了ANSYS有限元瞬态热分析方法的基本原理和步骤,推导了瞬态传导辐射微分方程,利用此有限元方法对基于有源像元传感器的探测芯片在轨运行期间温度场进行了计算,得出了详细的温度变化和分布云图情况,研究了不同辐射率的空间辐射对芯片温度分布的影响,比较了芯片在不同辐射率的空间辐射和无空间辐射时的温度分布情况,并绘制了最值温度节点的时间温度曲线,研究结果为相关芯片热设计提供了重要的理论依据.