1 安徽理工大学计算机科学与工程学院, 安徽 淮南 232001
2 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
3 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
基于2001年1月至2021年12月期间MODIS和AIRS遥感反演数据，利用经验正交函数 (EOF)、MK趋势分析、最小二乘法等方法研究了东亚地区近21年的云顶气压 (CTP) 时空模态特征及变化趋势。结果表明：东亚地区CTP从东北到西南呈逐渐递减趋势；四季变化差异性较大，呈现“√”字型变化，表现为冬季气压值最高、夏季最低；受地理位置和纬度带影响，CTP的高值区在一年四季均分布在东北地区上空，低值区始终位于青藏高原地区。在中国的广西、广东和缅甸、印度等地属于热带季风区，在冬季受干冷气流的影响，容易形成CTP高值区。东亚地区主要以中云分布为主，低云区主要集中在中国东北、京津冀、朝鲜半岛和中纬度海洋地区，在中国中原地区、南方地区 (广西、广东和长江中下游各省地区) 以及新疆部分地区以中云为主，高云主要出现在中国青藏高原和塔克拉玛干沙漠。通过趋势分析发现，在2001年至2021年间，CTP在中国的新疆、印度半岛、缅甸、蒙古和贝加尔湖等区域呈现较高的增长趋势，而在中国的青藏高原、南部沿海等部分区域以及东部海域均呈较明显的下降趋势。东亚地区部分区域的CTP与地表温度、湿度、水汽和云量均呈现较为显著的相关性，因此CTP的变化可以在一定程度上反应区域性天气变化情况。
云顶气压 经验正交函数 MK趋势分析 最小二乘法 cloud top pressure empirical orthogonal function MK trend analysis least square method 大气与环境光学学报
2023, 18(6): 569
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210253
1 安徽理工大学人工智能学院, 安徽 淮南 232001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽科技学院, 安徽 凤阳 233100
非相干宽带腔增强吸收光谱技术（IBBCEAS）利用高精密谐振腔增强吸收光程, 实现对痕量气体的高灵敏探测。 目前, IBBCEAS技术主要采用发光二极管（LED）作为非相干光源。 当谐振腔镜片反射率曲线与带宽有限的LED辐射谱不能很好匹配时, 光谱反演波段选择不当可能会对被测气体浓度拟合结果产生较大偏差。 以定量探测大气NO2浓度为例, 分析了IBBCEAS光谱反演波段对NO2拟合结果的影响, 发现当反演波段宽度窄到一定程度后, NO2浓度拟合相对误差会迅速增加。 为此, 提出了一种基于RBF神经网络结合遗传算法的机器学习IBBCEAS光谱反演波段优化方法, 以使浓度拟合误差达到最小。 在430～480 nm待选波段内, 选择各种宽度和中心波长的子波段作为反演波段, 分别进行NO2浓度拟合, 以此获得435个样本数据, 并将样本数据按照4∶1比例分成学习样本和测试样本, 分别用于RBF神经网络学习训练和测试, 得到输入参数“反演波段的起始波长与截止波长”与输出参数“浓度拟合相对误差”之间的非线性映射关系。 使用遗传算法搜索最优反演波段, 将反演波段的起始波长和截止波长组合进行个体编码, 随机产生若干个体形成种群。 以RBF神经网络的输出（即浓度拟合相对误差）作为个体适应度, 经过多代种群进化过程后, 获得适应度最优个体, 即获得最优反演波段。 在种群规模为100个体, 种群进化最大代数为100的情况下, 当种群进化第61代时, 最优个体出现, 对应的最优适应度为3.584%, 最优反演波段为445.78～479.44 nm。 选择相同带宽的其他4个典型反演波段, 与最优反演波段下的NO2拟合结果进行了对比。 结果显示, 在最优反演波段下, 无论是拟合误差、 相对拟合误差还是拟合残差标准偏差, 均低于其他4个反演波段, 光谱拟合质量达到最优。 结果表明, 利用机器学习来确定IBBCEAS最优反演波段是可行的。
非相干宽带腔增强吸收光谱 优化 反演波段 机器学习 遗传算法 Incoherent broadband cavity enhanced absorption sp Optimization Retrieval range Machine learning Genetic algorithm 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1869
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 安徽三联学院电子电气工程学院, 安徽 合肥 230601
非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。 以定量探测大气NO2为目的, 建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统, 研究了(1)仅使用浓度已知的NO2吸收光谱、 (2)同时使用浓度已知的NO2和纯氧气中氧气二聚体O2—O2吸收光谱、 (3)利用纯氮气和纯氦气的瑞利散射消光差异等三种方法, 分别获取非相干宽带腔增强吸收光谱在430～490 nm波段的镜片反射率定标曲线。 三种方法得到的镜片反射率最大值对应波长均约为460 nm, 但这些最大值存在一定差异, 分别为0.999 25, 0.999 33和0.999 37。 利用NO2样气吸收测量对比了三种定标方法, 发现方法(1)与另外两种方法的测量结果不一致性分别约为14%和19%, 而后两种方法所测结果的不一致性仅为4%。 测量结果表明, NO2标准气体浓度的不准确性以及壁损耗等因素恶化了方法(1)的定标精度, 应尽量避免使用该定标方法。 通过对实际大气中NO2和O2—O2在440～485 nm波段内的同时测量, 进一步验证了非相干宽带腔增强吸收光谱法的高灵敏度以及所用标定方法的有效性。
非相干宽带腔增强吸收光谱 大气NO2 定标方法 发光二极管 Incoherent broadband cavity enhanced absorption sp Atmospheric NO2 Calibration method Light emitting diode
1 安徽理工大学 电气与信息工程学院， 安徽 淮南 232001
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所， 中国科学院环境光学与技术重点实验室， 合肥 230031
大气中NO2的含量在10-9量级。研究了一种以发光二极管（LED）为光源的光纤耦合长光程差分吸收光谱（DOAS）系统，用于测量大气NO2。对比了四种不同类型和波段的蓝光LED，确定以中心波长451nm的CREE宝蓝LED为测量光源。在0.8km的测量光程、2min的测量时间分辨率的情况下，在445nm~465nm光谱反演波段内得到NO2的探测限为3.36×10-9。利用系统对大气NO2的浓度进行了一整天的连续观测，通过对吸收光谱的分析计算，反演出的大气NO2浓度在(7~31)×10-9之间变化。测量结果表明，将光纤耦合技术与LED光源的长光程DOAS系统相结合后，可实现大气NO2的高灵敏、高时间分辨率探测。
发光二极管 差分吸收光谱 光纤耦合 大气NO2探测 light emitting diode differential optical absorption spectroscopy optical fiber coupling atmospheric NO2 detection
安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
雨滴粒子直径和速度实时测量是雨滴谱参数计算的关键, 为了实时、连续得到精确、可靠的统计雨滴样本数据, 采用基于高速线阵 CCD的光阵排列法对雨滴速度和直径进行非接触测量, 通过 FPGA构造雨滴图像乒乓操作缓存单元, 存储两行连续一维动态雨滴图像, 发挥 FPGA的并行运算能力, 利用 FPGA快速实现雨滴动态图像连通域检测及连通域标记算法, 进而实现雨滴粒子的直径和速度检测。实验证明, 该方法能自动连续测量记录雨滴数量、粒径大小和收尾速度, 为雨滴谱参数计算提供可靠样本数据。
雨滴谱 连通域 raindrop spectrum CCD CCD connected domain FPGA FPGA
提出了基于二维最大相关准则的自动阈值图像分割算法.该方法根据图像的二维直方图中目标和背景分布的相关量最大来选择阈值,能够实现比传统最大相关准则更强的抗噪声能力.同时将遗传算法用于对二维最大相关准则阈值分割的优化,试验结果表明该算法可以实现快速、准确图像分割.
图像处理 阈值分割 最大相关准则 遗传算法 image processing thresholding segmentation maximum
