敦煌地区气溶胶光学厚度的反演研究

1999年,敦煌遥感卫星辐射校正场开始业务化运行。随着敦煌的城市建设和经济发展,辐射校正场周边环境发生较大的变化。为了了解辐射场的气溶胶光学厚度变化情况,2013年6月至7月,中国资源卫星应用中心在敦煌地区进行了为期15天的野外观测实验,采用法国CMEL公司研制的太阳分光光度计CE318对敦煌地区的大气进行测量,获得了4天晴空的大气光学数据。反演结果表明敦煌遥感卫星辐射校正场的气溶胶光学厚度日变化和逐日变化情况不大,550 nm处的光学厚度均值在0.3左右,符合遥感卫星辐射定标大气条件。     

利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性

利用2012年9月~2014年8月年合肥市西北郊的CE318型太阳光度计观测资料,分析了合肥地区气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom波长指数()的时间变化特征。结果表明,合肥地区AOD全年较高,2012年9月~2013年8月和2013年9月~2014年8月两个时段的年平均值分别为0.600.15和0.730.23。春季受沙尘天气影响气溶胶波长指数最小,秋季受西北高空气团影响AOD最低。研究了AOD和大气水汽含量之间的关系,结果表明AOD和大气水汽含量呈正相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型对各个季节的风场进行了研究,合肥春季主要受西北气流(约42%)影响,夏季风场主要受偏南风场(约50%)影响,秋季受北风风场(约39%)影响较大,冬季受西北高空气团影响较大。CE318和MODIS对比结果表明,两者具有较好的一致性,相关系数在0.7以上。     

陷阱探测器温控装置的设计

陷阱探测器是太阳光谱辐照度仪中的核心部件,其响应率会随温度变化,为了保证在野外大温度范围内太阳光谱辐照度的长期高精度观测,需要对其进行自动的温度控制。提出了使用半导体制冷器(TEC)来进行温控的方法,分别设计了基于DSP和基于ADN8830两种温控电路来实现TEC的驱动控制,基于DSP的方法使用数字温度传感器DS18B20作为温度传感器,通过开关-PID算法产生控制信号来驱动TEC,基于ADN8830的方法使用热敏电阻作为温度传感器,采用内部的集成算法来进行温度控制。通过实验对两种温控电路的效果进行了比较测试,结果表明,相较于基于DSP的方法,基于ADN8830的温控方法简单且效率高,能够在-10℃～40℃的范围内,快速、有效地控制陷阱探测器的温度,使其稳定工作在25±0.12℃的范围内。     

基于MAX-DOAS的对流层NO2和气溶胶光学厚度遥测反演

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出,NO2和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角色。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶胶光学厚度（AOD）测量方面。本文基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2柱浓度以及气溶胶光学厚度进行了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明,MAX-DOAS测量结果要高于卫星值,11月6日MAX-DOAS测量NO2柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。     

基于岸基实测数据的FY-3A近红外通道海洋大气水汽反演

利用全自动太阳光度计(CE-318)野外定点长时间序列现场观测数据,验证传统大气水汽反演算法,结果表明,反演结果精度较低,不适于该研究区域大气水汽含量反演.因而给出了近红外波段大气水汽含量探测的原理,对自主卫星FY-3A中分辨率成像光谱仪MERSI(Medium Resolution Spectral Imager)反演大气水汽含量算法作了推导、分析.基于长时间序列现场观测数据集,建立了局地化的FY-3A海洋大气水汽反演算法,并用于研究区实际大气水汽含量反演.通过双通道比值法和三通道比值法反演结果与现场实测数据比较,得出以下结论:模型受下垫面反射率影响较大;三通道比值法较双通道比值法反演结果精度更高,双通道比值法误差为16.1%,三通道比值法误差为14.3%;实测数据验证和改进后算法精度更高.     

遥感试验数据确定大气气溶胶类型的方法研究

以太湖为研究区,通过水面光谱实验采集,地基太阳光度计大气测量,和当天的MODIS遥感影像,联合遥感太湖地区的大气光学特性,提出了一种实验确定气溶胶类型的方法.通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验,利用辐射传输模式6S,变化气溶胶类型各组分,建立关于星上辐射的查找表,并利用定义的相对误差参量,在其总误差最小时确定气溶胶类型.将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性,并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中,所得结果参考CE318实测值,反演精度有了较大的提高.该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算,大气辐射传输方程,气溶胶光学厚度反演,卫星数据大气校正等遥感应用提供支持.     

基于内置集成电路总线技术的太阳光度计

提出了一种基于内置集成电路总线技术的太阳光度计,系统采用硅光电二极管组成光电检测电路,可以有效地降低仪器的体积、功耗、价格,从而实现以很高的性价比设立大范围的观测网,同时光度计有很高的观测精度.介绍了系统的探测原理、电子学软硬件系统设计以及实验结果分析.实验结果表明太阳光度计运行可靠,可以满足气溶胶观测的要求.     

南京仙林地区气溶胶光学厚度反演与分析

2007年11月,利用CE-318太阳光度计对南京仙林地区进行了气溶胶光学特性的观测实验.详细讨论了气溶胶光学厚度反演的原理与方法,采用Langley法对CE-318进行了现场定标,利用观测数据反演了气溶胶光学厚度和Angstrom系数.分析得出了550 nm处的光学厚度平均为0.5183,浑浊度系数β平均值为0.2325,波长指数α平均值为1.3373.分析了光学厚度的日变化和逐日变化,讨论了变化的原因.对Angstrom参数的分析表明仙林地区气溶胶以中小粒子为主,这对于分析和监测南京地区大气污染、改善空气质量具有一定的积极意义.     

基于石英晶体传感器的恒温槽温控系统的设计

用于高精密温度特性测试的恒温槽,需要具有稳定、均匀的温度场,采用石英晶体温度传感器 (QTCS),PIC16F876微处理器和模糊PID控制算法,对温控系统进行了设计.给出了石英晶体温度传感器测温电路、PWM控制输出电路设计和利用Matlab模糊逻辑工具箱进行模糊控制器设计的过程.仿真和实验结果表明,此温控系统在较大的温度范围内具有响应快、精确度高、鲁棒性好的特点.实际运行结果表明:恒温槽的实际温度控制的范围为0℃～100℃,15min的波动度小于±0.05℃,可以很好地满足高精度温度特性测试的需求.     

全天候太阳辐射计自动防护系统的研制

为了使简便易携的DTF-6太阳辐射计适应野外复杂多变的恶劣环境,并能够实现户外全自动无人看守测量,研制了基于DTF-6的全天候太阳辐射计自动防护系统。从系统的总体控制方案出发介绍了系统的机械设计、单片机自动控制系统设计、上位机软件设计等部分内容。在自动防护模式下DTF-6的视日运动跟踪模拟实验、系统的防雨自动控制模拟实验结果表明自动防护系统可以实现太阳辐射计的全天候自动测量及防护功能,具有一定的合理性和可靠性。     

采用温控和碘吸收池技术的发射激光稳频技术

多普勒测风激光雷达通过分析系统回波信号的多普勒频移反演出风速，为提高风场探测精度，从稳频技术方面展开研究。在稳频过程中，分别采取措施消除激光频率的长期漂移和短期抖动。针对激光频率的长期漂移，设计并研制了种子激光器温控箱，通过水浴的控温方式大大减小了激光频率的长期漂移，将激光频率稳定在±50 MHz以内；针对激光频率的短期抖动，采用以碘分子吸收池为核心器件的稳频系统，通过半导体控温方式对碘分子吸收池精确控温，控温精度达0.03 ℃，提高了稳频精度，将激光频率进一步稳定在±8 MHz以内，满足±10 MHz以内的设计精度要求。通过搭建多普勒测风激光雷达系统，对发射激光稳频装置进行系统验证，连续4组风场观测结果表明:系统探测高度为17 km，绝大部分方差在4 m/s以下，满足测风激光雷达测量指标的要求。     

船载激光雷达观测青岛海域气溶胶光学性质实验研究

研制了一套能连续探测海洋大气气溶胶光学性质垂直分布的船载小型米散射激光雷达系统,用该系统于2015年5月和9月在青岛海域开展了海洋大气气溶胶观测实验.以同船搭载的Microtops II型手持式太阳光度计同步测量得到的气溶胶光学厚度作对比数据,比较了两种仪器的气溶胶光学厚度测量结果,得到观测海域柱平均激光雷达比为32.4sr,标准偏差4.6sr.由Fernald方法得到了实验海域夏季15 km以下的气溶胶消光系数廓线.连续观测实验表明研制的船载米散射激光雷达结构紧凑,易于在船载平台操作,能对海洋大气气溶胶的光学特性进行连续有效的高时空分辨率廓线测量.     

麦冬田间环境监测和自动灌溉系统设计与实现

设计并实现了基于无线传感器网络技术的模块化和低功耗的麦冬多元环境数据监测与自动灌溉系统,提出了传感器节点功能与电源相互独立的模块化节点硬件方案,构建了多维度的麦冬田间环境数据监测无线传感器网络以及针对麦冬的灌溉决策模型。系统将采集的麦冬农田环境数据(土壤湿度、地表温度等)结合气象台的温度、湿度以及降雨量等气象数据作为灌溉模型的输入量,进行灌溉决策分析,实现了对麦冬生长环境参数的精确监测和自动灌溉控制。通过在麦冬大田的实际测试结果表明,系统各项功能运行稳定可靠,适用于大中型中药材种植的田间环境连续监测与灌溉控制。     

室内温度检测与调控系统设计

介绍了以DS18B20基础设计室内温度检测与调控系统的基本过程,该系统以AT89C52单片机为主控器,采用单线多点检测技术,在一条总线上挂接5个DS18B20温度检测点,并循环检测读取各检测点温度数值,可根据实际情况设定阈值,当其中任意3个检测点的温度均超过阈值时,实施超温告警及自动温度调节功能,实验测试结果达到了预期的设计目标。该系统改进了一般温度检测装置单点测试及只测温而不能调节温度的缺陷,可应用于对环境温度要求严格的病房、居室、办公室、小型仓库等场所。     

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.     

基于单片机的太阳自动跟踪系统的研究

为了提高太阳光伏发电系统的转换效率,对太阳进行自动跟踪是很有必要的。设计一种基于AT89C51单片机的太阳自动跟踪系统。采用程序控制,利用光学传感器对太阳能板做自动定位和误差校正,而通过单片机控制步进电机来实现系统。理论分析和设计结果表明,系统实现了对太阳的自动跟踪,能大大提高太阳能的利用率。该系统价格低廉、性能可靠,具有较高的实用价值。