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。     

北京奥运期间大气光学特征初步分析

以双波长三通道拉曼激光雷达对2008年北京奥运会期间大气状况进行了测量与分析,给出了奥运主场馆上空气溶胶消光系数、后向散射回波信号及波长消光比垂直分布及时空变化,计算了气溶胶消光散射比、光学厚度及Angstrom波长指数,结合地面监测数据分析了奥运期间典型天气间气溶胶光学特征的变化.结果表明,8～9日两天空气污染相对较重,主要为较大粒径粒子所致,降雨后气溶胶光学厚度有着明显的升高过程,出现较小粒径污染物的堆积.     

气体受激拉曼散射系统的分析与优化

为了优化气体受激拉曼散射系统,采用理论与实验相结合的方法,对气体受激拉曼散射现象进行了研究。根据受激拉曼基本理论计算了CH_4和D_2在不同气压下的拉曼增益系数,然后采用输出能量为70mJ的Nd∶YAG三倍频355nm激光进行了受激拉曼散射实验,测量了在拉曼池气体气压为1×105～2×10~6 Pa,焦距分别为500,750mm下的斯托克斯光的输出能量。发现CH_4拉曼增益系数随气体压力升高而增大;D_2拉曼增益系数在1×10~6 Pa左右达到最大值,之后不随气压升高而改变。实验结果表明,在气体受激拉曼装置中,合理选择拉曼池气体气压和耦合聚焦透镜的焦距,即甲烷气体系统选择长焦距高气压,氘气系统选择长焦距低气压。理论计算与实验结果基本一致,此研究对NO_2差分吸收激光雷达光源系统的优化有着很重要的作用。     

珠三角地区大气中HCHO、O3、NO2的监测与分析

利用长程差分吸收光谱技术于2008年10月15日至11月19日对珠三角地区江门市大气中的HCHO、O3、NO2等污染物进行了实时监测,结合气象数据,分析了江门地区主要污染物HCHO、O3、NO2的日变化特征;同时,对江门市的主要污染来源进行了分析。对比了HCHO和其他各类污染物浓度数据的相关性分析及变化趋势对比,结果表明江门地区的HCHO主要来源于二次污染。利用多元线性回归分析,进一步证明了该结论。     

一套测量对流层臭氧的差分吸收激光雷达系统

差分吸收激光雷达是探测对流层臭氧分布的一种先进工具。研制了一套车载差分激光雷达系统,系统基于NdYAG四倍频激光和拉曼频移技术产生紫外差分光源,并采用卡塞格林(Cassegrain)型望远镜,利用光栅光谱仪分离四波长的回波信号,使用光子计数和模拟采集相融合的方式采集数据。讨论分析了系统的测量精度并与臭氧探空仪进行了对比验证实验。实验结果表明,两台仪器测量的对流层臭氧具有很好的一致性,证实了车载差分吸收激光雷达系统及臭氧浓度分析软件的可靠性。     

差分吸收激光雷达几何因子实验确定方法

差分吸收激光雷达发射光束与接收视场的重叠区域用几何因子函数来描述,几何因子是差分吸收激光雷达的重要参数。提出了一种实验方法,实验使用米散射激光雷达和差分吸收激光雷达同时测量信号,通过对比分析两台激光雷达采集信号计算得到的气溶胶散射比廓线,获得差分吸收激光雷达的几何因子。该方法的优点在于不需要预先得到精确度高的激光雷达参数,比如望远镜直径,光束发散角,望远镜接收视场角等。该方法的应用有利于减少近地面差分吸收激光雷达测量臭氧廓线的误差,提高差分吸收激光雷达的探测性能,有助于研究近地面层的臭氧时空分布特征。     

珠三角地区一次灰霾天气过程激光雷达观测与分析

利用拉曼米散射偏振激光雷达对2009年11月珠江三角洲地区出现的一次灰霾天气过程进行了观测研究,对颗粒物的光学性质和物理参数进行了分析。灰霾发生期间,颗粒物主要分布在1.5 km以下,其中0.6～1 km高度的浓度较大。灰霾发生前期,颗粒物在532 nm波长退偏比为0.2,(?)ngstr(o|¨)m指数和雷达比分别为1±0.4和40±8 sr,表明灰霾颗粒物中有大量非球形粒子,粒径大,符合一次污染源排放的颗粒物特征;11月25日后,颗粒物在532 nm波长退偏比逐渐变小至0.07±0.02,Angstr(o|¨)m指数为1.5±0.6,激光雷达比为56±12 sr,说明颗粒物多为球形粒子,细粒子占比较大。观察结果表明,前期轻度灰霾天气期间,颗粒物主要为人为源污染源排放,为大气复合污染提供了条件,随着污染物不断聚集,25日后二次颗粒物大量生成,加剧了灰霾污染。     

基于二极管泵浦Nd：YAG激光器的紫外微加工系统研制

自行研制紫外微加工系统,系统有效工作范围120 mm×120 mm,最小加工线宽80 μm,系统操作简单、运行稳定高效.实验中完成对Nd:YAG紫外激光器、XY扫描振镜以及F-Theta平场透镜设计.实现波长355 nm紫外激光最高平均功率2.13 W稳定输出,1 h内输出功率波动小于7%;XY振镜最大扫描角度 28°,线性响应速度0.35～0.5 ms;F-Theta视场角为±25°,有效焦距为250 mm.最后对系统存在的问题进行了分析.     

小型Mie散射激光雷达信号校准及能见度测量

详细介绍了小型Mie散射激光雷达近场信号的校准方法;数值模拟了理想情况下的平行光轴以及实际中光轴失调情况下的几何重叠因子,并对光轴失调的原因和影响进行了讨论;同时还介绍了利用多项式拟合确定几何重叠因子的实验方法,这种方法无需假设大气水平均匀.尝试利用Fernald迭代算法确定水平大气的消光系数,并与Vaisala能见度仪和AethalometerTM黑炭仪的测量结果进行了对比,具有很好的相关性,从而证明了上述方法的可靠性.     

北京城区奥运期间大气细粒子谱分布与变化特征研究

随着工业经济的迅速发展,颗粒物已经逐步成为我国大气污染的首要污染源,考虑到对人体的健康危害,大气颗粒物的数浓度值可能比质量浓度值更重要,因而对大气细粒子谱分布的研究也就越发显得重要.利用安徽光学精密机械研究所研制的大气细粒子谱分析仪,对北京城区奥运期间的大气细粒子实现从纳米到微米颗粒物的原位、快速、在线、宽范围粒径谱测量,并对奥运期间各粒径段内粒子日平均数浓度及实时变化规律进行分析.同时,结合地面能见度信息,对奥运赛事期间北京大气气溶胶细粒子谱分布特征及其与能见度的相关性进行了定性分析.结果表明,核模态粒子(5～20 nm)主要受气相成核过程的影响,其数浓度呈单峰值结构;爱根核模态(20～100 nm)受人为源及核模态粒子影响较大,其数浓度呈典型的三峰值结构;积聚模态(100 nm～1 μm)数浓度日变化不大,但受大风、降水等天气影响较大,且数浓度的高低将直接影响大气能见度.