利用MODIS C6产品分析2006～2015年西北地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)与Angstrm波长指数的时空分布特征及相互关系。结果表明: 塔克拉玛干沙漠和陕西关中地区为气溶胶光学厚度高值区,青海和甘肃南部为AOD低值区,西北地 区东部为Angstrm波长指数高值区,北疆地区Angstrm波长指数空间分布差异较大;西北地区年均AOD为0.208±0.011, 年均Angstrm波长指数为1.185±0.025, 2010～2015年AOD呈下降趋势, 2008～2015年Angstrm波长指数呈上升趋势。 AOD与Angstrm波长指数存在相反的季节变化关系, AOD春季最大,秋季最小, Angstrm波长指数与之相反。AOD月均最大值出现在4月, 为0.35±0.038, 10月最小,为0.13±0.009, Angstrm波长指数12月最大,为1.34±0.035, 4月最小,为0.97±0.054; AOD与Angstrm波长指数呈负相关,春季的相关性最大,为-0.77,冬季的相关性最小,为-0.28。对不同季节气溶胶光学厚度与Angstrm波长指数的相关性进行分析, 结果说明西北地区全年粗、细粒径气溶胶粒子都占有一定比例,主要以小粒径的烟雾粒子为主,沙尘气溶胶粒子也占有一定比例,人为气溶胶排放从春季到冬季不断上升。

大气辐射传输软件MODTRAN5较以前版本光谱分辨率从2 cm-1提高到0.2 cm-1,为了检验MODTRAN5分子吸收的计算精度,用精确的逐线积分法LBLRTM做 参考,模拟比较了MODTRAN5计算的大气光谱透过率。结果表明: MODTRAN5软件计算的大气透过率与LBLRTM计算结果的均方根误差总体上不超过0.02,但在有 些波段最大误差可达0.03以上,如二氧化碳4.3 μm吸收带,误差值为0.0377。

通过对风速脉动和温度脉动数据进行谱分析和小波分析,得到不同高度大气湍流相干结构尺度,用来同时识别时间序列中相干 结构的特征尺度,并与大气折射率结构常数C2n相结合分析高空大气湍流强弱分层的相干结构特征,提取不同高度湍流层强度、湍 流层厚度等空间特征。通过研究发现,随着高度的变化,湍流呈现强弱分层交替出现的空间特征,且随高度升高,湍流持续时间变 短,湍流层厚度也变小;在大尺度的弱湍流背景下存在小尺度强湍流,分布相对密集,持续时间较短,厚度也较小。高空大气湍流在5～15 km上 存在明显的强弱分层现象,在6～10 km高度上有四个强湍流层,湍流层厚度约为500 m。

利用自行研制的气溶胶飞行时间质谱仪(aerosol time-of-flight mass spectrometer, ATOFMS)对气溶胶粒子的折射率进行测量。 首先利用ATOFMS对气溶胶粒子的粒径和光散射强度进行测量,然后由Mie散射理论结合ATOFMS光散射区域的几何结构,推算出光电倍 增管接收的理论光通量与气溶胶粒子的大小和折射率之间的函数关系。通过比较实验测量的气溶胶粒子光散射平均强度与Mie散射 理论值,对粒子的折射率进行反演。与实际样品数据参数对比的结果表明该方法是可行的。

以可调谐激光二极管吸收光谱技术为基础,结合波长调制光谱技术,对不同体积浓度的二氧化碳气体进行检测。分别分析正弦波调制 信号的不同调制电压及调制频率对二次谐波信号波形及峰值的影响。结果显示当调制电压为0.25 V、调制频率为10 kHz时,得到 的二次谐波信号较好。在此基础上,利用实验室中搭建的单光路测量系统对不同浓度的CO2气体进行检测,得到气体浓度与二次谐波 峰值线性相关系数为0.998,系统的检测极限为450 ppm。研究为该类系统调制系数的选择提供了实验依据,为工业应用打下了基础。

利用固相微萃取-气相色谱质谱法(SPME/GC-MS)对合肥市董铺水库监测站大气挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)进行了连续检测,研究了一定时间内 该地区大气VOCs的组成及变化特征。研究结果表明该地区VOCs主要由苯系物、醛酮类和烷烃构成。并用PCA/APCS(principal component analysis /absolute principal component scores)受体模型对大气中VOCs的来源进行了分析。结果表明该地区大气中VOCs主要 有4个来源,分别为机动车排放源、化学试剂源、工业生产源和医用酒精挥发源,其贡献率依次为38.9%、49.48%、8.13%和3.49%。

针对大气痕量气体浓度的二维分布重建中的噪声问题,采用数值模拟的方法研究了噪声对差分吸收光谱断层扫描技术重构大气痕量气体空间分布 的影响,建立了噪声的模型,并研究了噪声对代数迭代重建算法(ART)和联合迭代重建算法(SIRT)两种重建算法的重建效果的影响。ART算法重建后,误 差Ea由0.1080降低到了0.0182; SIRT算法重建后,误差Ea由0.0476降低到了0.0102。结果表明,随着随机噪声的增加,重建图像变 态程度越来越严重。由重建相对误差指标可以看出,随着信噪比的增加,重建相对误差越来越小。因此,在外场重建实验中应该尽量避免噪声。

近年来,使用Android终端进行远程控制在工业控制、核科学技术、物联网等领域有了长足的进步,但是在大气科学领域,目前应用的例子还很少。 针对大气科学外场实验对于远程控制的需求,结合Android设备在远程控制方面的优势,提出了一套基于Android的大气测量设备远程控制系统。 该系统基于C/S架构,在IOCP模型与TCP Socket的基础上设计了一个较为稳定高效的跨平台通信框架,最终实现了多Android设备对多大气测量设备的远程控制。

针对目前国内尚无自主知识产权的半导体分选机系统的状况,提出了一种基于PLC的智能分选机系统的设计方案。智能分选机系统以工控 机为上位机、安川MP2310为下位机,通过伺服驱动器控制伺服电机构成闭环控制系统,实现了精确的位置控制,能够满足半导体芯片 分选的精度要求。给出了分选机系统上料部分程序设计的流程图,详细介绍了上料部分的工艺流程,给出了部分上料部分典型 PLC程序,解决了工作台示教、芯片快速分选等问题。现场使用表明,该系统设计合理,工作可靠稳定。

可视化的二维温度场分布反演软件对温度场重建分布起到了重要的作用。基于可调谐二极管激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技 术,结合代数迭代算法(algebraic reconstruction technique, ART)和Python设计语言,在读取两组积分吸光度的基础上,设计了二维温度场分布的可视化软件。 结合激光吸收光谱技术和计算机断层扫描方法,封装了二维温度场重建的算法。在此基础上,添加可视化的操作界面,实现二维温度场重建的原 始分布和插值后的分布。针对高斯分布的重建,与原始分布进行比较,结果显示,中心区域温度值较高,边缘较小。结果表明, ART算法和TDLAS技术的结合能够 很好地实现二维温度场的反演,克服了TDLAS视线测量的缺陷。