1998～2001年合肥地区平流层臭氧浓度垂直廓线变化特征

L625紫外差分吸收(UV-DIAL)激光雷达主要用于18～45 km高度范围内平流层臭氧浓度垂直分布的长期监测.位于合肥郊区的这一台激光雷达自1996年8月全面建成并投入正常运行以来,进行了长期的连续观测,积累了大量宝贵资料.通过分析L625紫外差分吸收激光雷达在1998～2001年期间的平流层臭氧观测数据,得出了合肥上空平流层臭氧浓度垂直分布的特征:平均垂直浓度分布的峰值点高度为23.32 km,峰值点的臭氧浓度为4.43×1012cm-3,柱含量6.4×1018cm-2;臭氧浓度有明显的一年周期震荡,表现为季节变化:平流层中上层臭氧浓度夏季高冬季低;平流层下层臭氧浓度夏季低冬季高.平流层臭氧浓度峰值高度的变化特征为夏季高冬季低.     

激光雷达探测平流层中上部大气密度和温度

用L625 355 nm和532 nm双通道瑞利(Rayleigh)散射激光雷达,分别观测合肥(31.9°N/117.17°E)地区30～43 km高度范围内的大气密度和温度分布.这些结果与NOAA/NMC和NASA/HALOE相邻地点的密度和温度表现了较好的一致性.一般情况下,在34～43 km高度范围内激光雷达获得的大气密度与NOAA/NMC和NASA/HALOE密度的偏差大约为10%,温度差别小于2 K,而34 km以下温度偏差稍大.     

FY-4A GIIRS数据探测大气水汽和臭氧的垂直空间特性评估

红外高光谱大气垂直探测仪数据的垂直空间特性由探测仪光谱性能指标间接决定,并与所关注的大气参数及其变化有并。本文在剔除大气参数探测信噪比过低的无效通道的基础上,针对FY-4A卫星红外高光谱大气垂直探测仪GIIRS数据对水汽和臭氧变化响应的峰值高度、高度分辨率、垂直不对称性及垂直覆盖范围进行了评估,并与大气温度探测的垂直空间特性评估结果进行对比分析。结果表明:1)和大气温度一样,FY-4A GIIRS对大气水汽具有垂直分布探测能力,水汽探测垂直覆盖12 km以下对流层(探测峰值高度在11 km以下),而大气温度探测覆盖整个对流层和平流层中下层;2)FY-4A GIIRS对臭氧具有10～21km高度范围臭氧总量探测能力,探测峰值高度集中在16.4 km附近。本研究有助于从探测垂直空间特性角度把握FY-4A GIIRS红外高光谱数据应用能力。     

合肥上空中层大气密度和温度的激光雷达探测

为研究中层大气分布情况,采用自行研制的532 nm瑞利（Rayleigh）散射激光雷达,对合肥地区（31.90 N,117.170 E）25~40 km高度范围内的大气密度和温度廓线分布进行观测。将瑞利散射激光雷达所测结果与NRLMSISE-00大气模型数据进行对比,以验证瑞利散射激光雷达性能及数据处理方法的可靠性。通过数据对比得出,在25~40 km高度范围内,瑞利散射激光雷达获得的大气密度值与NRLMSISE-00大气模型密度值的比值为0.99~1.03;瑞利散射激光雷达所测温度值与NRLMSISE-00大气模型数据的温度偏差均值约为2.8 K,其中38 km以下两者温度偏差约为1.6 K。数据对比说明,瑞利散射激光雷达观测值与NRLMSISE-00大气模型数据具有较一致的密度分布特征和温度分布特征,瑞利散射激光雷达的观测结果能够较真实地反映合肥上空25~40 km高度范围内的大气密度和温度分布。     

差分吸收激光雷达监测北京灰霾天臭氧时空分布特征

差分吸收激光雷达是测量对流层臭氧时空分布的有力工具,利用差分吸收激光雷达在灰霾条件下开展观测研究,分析了臭氧浓度时空分布特征。结果表明:在夏季副热带高压大气天气条件下,受偏南风气团输送的影响,6月中旬形成一次高浓度的臭氧污染过程。6月14日夜间至6月15日中午离地面1.5~2km高度的臭氧气团浓度(即体积分数)高达1.2×10-7以上,下午臭氧气团出现下沉,从而引起当日下午近地面臭氧浓度的升高。在灰霾天气过程中,细颗粒物与臭氧分布在不同高度上具有不同的关联特征,地面颗粒物充分参与了光化学反应过程,而高空高浓度的颗粒物和臭氧气体则与输送有关。晴朗天气下的臭氧浓度在整个空间尺度上都有不同程度的下降,并且没有出现明显的外部输入气团。     

一种反演中高层大气密度的新方法

利用昆明电波观测站（25.6°N,103.8°E）的全天空流星雷达（All-sky Meteor Radar）和ST（Stratosphere-Troposphere）雷达于2014年特殊联合观测试验期间获取的数据,在确定了昆明地区中层顶位于流星峰值高度的情况下,根据温度梯度法得出的温度,使用大气物理压强温度公式,提出一种计算大气密度的新方法.研究发现,流星雷达的峰值高度与反演得到的大气密度走势基本相符,两台雷达得到的大气密度剖面存在很好的一致性.本文提出的方法,可以准确获得昆明地区上空85~94 km高度的大气密度,为探测中高层大气相关参数提供了一种新的途径.     

北京地区大气臭氧与氮氧化物测量分析

高层大气臭氧能够吸收紫外线保护地球生物,但是低空和近地面臭氧却是危害人类健康和动植物生长的污染气体.氮氧化物也是空气中的污染气体,臭氧和氮氧化物可以相互转化,研究二者的变化关系具有重要意义.2011年12月利用EC9810A臭氧分析仪和EC9841氮氧化物分析仪,在北京中国环境科学研究院进行测量,得到了臭氧和氮氧化物的变化特征,分析结果表明臭氧和氮氧化物具有日变化特征,白天臭氧浓度呈现先上升后下降的趋势,夜里比较平稳;氮氧化物与臭氧变化趋势呈负相关,白天浓度先下降后升高,夜间浓度大于白天;臭氧的变化与气象条件有关,在晴天上升较快,峰值大,阴天上升慢,峰值小;臭氧的含量还具有明显的季节特征,春季的浓度要比冬季的浓度高.氮氧化物的变化与人们的生活关系密切,汽车尾气等废气的排放是导致氮氧化物含量升高的重要原因.同时利用中科院安徽光机所研制的AML-3车载激光雷达测量了臭氧在白天垂直高度上的分布,在500～1000m高度上臭氧的平均含量变化与分析仪测量趋势比较一致.     

基于拉曼激光雷达的南京上空大气温度廓线观测

介绍了综合使用瑞利、拉曼、米散射三种技术的激光雷达的基本结构与拉曼散射温度反演原理。对其中的拉曼回波信号进行了背景噪声扣除、滑动平均和小波变换降噪,在此基础上分析了气溶胶对拉曼激光雷达温度廓线反演的影响。利用上述激光雷达信号处理方法对南京上空的温度廓线进行观测,反演了2010年11月19日18时53分至19时35分连续观测的数据。反演的温度廓线表明,观测开始至观测结束,5.5 km处的温度变化为2 K的波动变化;对2010年11月整月的观测数据进行分析处理,得到11月份上中下三旬的平均温度廓线。在10 km高度处,下旬温度比上旬温度低4 K,随着入冬的进程,低空段的大气温度递减率有明显增大的趋势;11月的月平均温度在5~10 km处低于模式值4 K左右,并且两者几乎平行,说明11月份5~10 km各高度温度比模式均低4 K左右。     

北京城区奥运期间与其他时段激光雷达观测实例分析

为了研究北京城区在北京奥运会期间大气边界层变化特征及大气边界层内气溶胶的消光特性,2008年8月利用MPL激光雷达对北京城区的大气边界层进行了系统观测.反演出了测站地域上空大气气溶胶的消光特性垂直分布以及大气边界层的高度.同往年北京城区的雷达监测数据进行了系统的对比,并与设在北京南郊梨花村的清洁对照点数据进行了比较.观测数据表明:北京城区奥运期间大气边界层日变化趋势明显,呈早晚低、午间高的特点.大气边界层高度相对稳定,多分布在2.0 km下,平均值为0.79km.奥运期间气溶胶粒子浓度水平较往年有明显下降.观测点处气溶胶浓度水平每天呈周期性变化.     

一种改进的星光大气折射观测模型

建立精确的观测模型是星光折射间接敏感地平导航法应用的基础和关键.由于大气参数变化的不确定性,国内外现用的星光折射观测模型有一定局限性,使得利用星光折射导航的定位精度大打折扣.根据大气密度随高度、纬度、季节等的变化规律,以及对大气折射原理、平流层大气数据、大气模型的深入研究,建立了连续高度的大气密度模型;在此基础上,改进了现有固定高度单一密度的观测模型,建立了一种自适应连续高度(20～50 km)的星光折射观测模型,从整体上提高了自主导航精度及可靠性.同时分析各种摄动对系统状态模型的影响,建立带摄动的系统方程,利用Unscented卡尔曼滤波算法进行计算机仿真研究,并对仿真结果进行误差分析.     

大气衰减效应对光通信影响及仿真分析

为了准确把握近地光通信时大气因素的作用机制和影响效果,有效提升通信质量,考虑针对首要影响因子——大气衰减效应进行建模、分析和仿真。首先细化了衰减效应分类,然后结合大气参数和类别特点建立了相关描述模型;在此基础上,利用大气窗口下的光通信常用波段进行了模型仿真和分析。主要结果表明,长波长激光和高海拔通信有利于光通信的进行,而大高差斜距通信模式则需要规避。这些结论的得出为大气光通信信道模型的建立以及光通信的开展提供了参考和依据,具有一定的指导意义。     

大气对地基激光通信系统的信号衰减分析

激光通信具有频带宽、速度快、稳定可靠、不受外界电磁干扰以及保密性强等优点.地基激光通信系统受大气信道的影响严重,有必要对大气信道的特性进行研究和总结.本文从大气的组成及特性入手,分析了对流层大气对地基无线激光通信系统的衰减特性,定量给出了大气衰减的理论公式,针对理论公式参数不易获得的问题给出了以能见度为参数的大气衰减的...     

现代大气光学及其应用

简要介绍了现代大气光学的概念和内容,从大气分子吸收、大气气溶胶粒子光散射、大气湍流光学特性等方面阐述了现代大气光学的研究和应用状况。     

大气微量成分的光谱探测及其发展趋势

本文概述了大气微量成分的环境效应，光谱特性和探测概况，着重概述了大气探测的新技术和发展趋势。     

现代大气光学及其应用

简要介绍了现代大气光学的概念和内容，从大气分子吸收、大气气溶胶粒子光散射、大气湍流光学特性等方面阐述了现代大气光学的研究和应用状况。     

大气折射和色散对激光传输的影响

由于大气折射和色散效应，当用可见光或红外线瞄准目标而用另一波长的激光对目标进行探测或打击时，瞄准路径和激光传输路径是不一样的，瞄准点和激光束之间存在误差。本文建立了大气层折射模型，并给出了在不同仰角时，用可见光(0．55μm)和红外线(4μm)进行瞄准、用CO2激光器对10km远的目标进行探测或打击，瞄准点和CO2激光束之间的距离大小。     

纯转动拉曼激光雷达反演低层大气折射率廓线

大气折射率是影响光电探测领域测量精度的重要因素.为了提高光电测量精度,提出利用纯转动拉曼激光雷达信号反演低层大气折射率廓线的方法.通过接收N2和O2的纯转动拉曼回波信号,由双光栅单色仪分光后获得高低量子信号.根据高低量子信号的比值反演得出大气温度和大气压强廓线,从而获得大气折射指数垂直分布.通过与折射指数理论模型相比较,表明纯转动拉曼激光雷达反演对流层折射指数有较高的精度.给出了多组折射指数廓线的反演结果,得出多天夜晚不同时刻折射指数的特性.结果表明一天中不同时刻折射指数变化较小,7.5 km内最大相对误差约为0.4%;不同月份之间折射指数波动较为明显,4.5 km内相对误差可达3.5%左右.     

斜程路径大气相干长度的测量

介绍了一种斜程有限距离上大气相干长度的测量系统和方法,用系留气球搭载一个点光源,在地面用差分像运动测量法测量光波到达角起伏方差来确定实时的斜程大气相干长度值,与湍流廓线测量实验进行了对比,实验结果分析光学湍流廓线积分与相干长度仪测量二者的相关性较好.     

无线光通信大气信道特性测试方法研究

大气信道是影响无线光通信质量的主要方面,为了全面掌握目前出现的信道测试方案,采用归纳总结和对比分析的方法,并结合实际测试,对信道测试方法进行研究。从大气衰减效应、光强闪烁效应以及光束漂移效应三方面测试内容出发,研究了各自运用的测试方法,并给出了相应的示意图,同时对比分析各自的优缺点,为采取合适的大气信道测试方法提供理论依据。     

大气闪烁的时间频域特性研究

为了深入认识大气闪烁的时间频域特性,给在大气中工作的光学系统的工程设计和性能评估提供参考,理论推导了大气闪烁功率谱的通用解析表达式,数值研究了不同传输条件下大气闪烁的时间频域特性.孔径接收下,对于水平均匀路径,平面波闪烁功率谱高频区近似呈现-17/3幂率,球面波近似呈现-11/3幂率;对于整层下行路径,高频区均近似呈现-17/3幂率,低频区与高频区之间存在一缓变区,孔径越大,缓变区越宽.典型大气条件下低频区加上缓变区的频谱宽度约为150 Hz.