星载CO2探测频率步进扫描IPDA激光雷达回波信号反演及误差分析

设计了星载CO₂探测频率步进扫描积分路径差分吸收（IPDA）激光雷达,弥补了欧洲航天局A-SCOPE项目单波长CO₂探测IPDA激光雷达对波长依赖性较强等不足.仿真计算了一个扫描周期内的激光雷达回波信号和系统的相对随机误差、大气压强不确定性误差以及频率不稳定性误差.当频率步进扫描到on-line波长为6 361.235 0 cm-1时,在海面反射率为0.035 sr-1、大气压强不确定性为0.001以及激光频率不稳定性为0.3 MHz条件下,系统综合相对误差为0.084 2%.结果表明,采用频率步进扫描方法结合IPDA激光雷达技术探测大气CO₂浓度不仅可以观察到相对误差随on-line波长变化的关系,而且可以有效地减小测量误差,使其小于0.5×10-6.      

基于转动拉曼-米激光雷达拟合大气边界层内气溶胶光学厚度与PM2.5

提出一种利用转动拉曼-米散射激光雷达米弹性散射信号与转动拉曼散射信号比值来拟合大气边界层1 km以内气溶胶光学厚度与PM_2.5值的方法. 该方法消除了几何因子对近地面探测过渡区所带来的误差,而且消除了近地面大气湿度的影响,能够获得高精度的气溶胶后向散射系数,并在此基础上推导了气溶胶光学厚度（AOD）的计算方法,最后利用实验室转动拉曼-米激光雷达系统测量的2013年北京地区气溶胶数据,拟合获得了2013年北京地区冬夏两季AOD-PM_2.5经验公式.      

高精度F-P干涉具在CO2浓度反演中的研究

为了对大气中CO₂浓度的分布进行高精度的实时监测,并与被测区域2维图像构成光谱数据立方,设计了一种基于高精度数字控制的F-P干涉系统.通过对F-P两镜间微位移的高精度数字控制,实现光程差的周期性扫描,从而得到光谱数据立方.通过仿真分析了控制命令与压电信号的时序逻辑,并对光谱抽样进行了模拟计算.实验中系统的光谱调制带宽为761.52～762.56 nm,光谱分辨率为0.01 nm,测试CO₂浓度范围为10～400 ppm,由TSI-7575型高精度CO₂检测器标定.结果显示:该系统相对误差的平均值为1.04%,绝对误差平均值为1.52 ppm,符合设计要求.     

拉曼激光雷达探测对流层二氧化碳浓度分布

为了预测大气中二氧化碳对气候变化的影响,准确可靠的监测对流层二氧化碳浓度分布变得非常重要。拉曼激光雷达是探测大气二氧化碳浓度分布的一种先进的工具。本文介绍了拉曼激光雷达探测大气二氧化碳浓度的原理和方法;中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的L625拉曼激光雷达增加了测量对流层二氧化碳浓度分布的功能,对该雷达的重要器件和参数进行了简要介绍;分析了L625拉曼激光雷达探测对流层大气二氧化碳浓度的测量精度;得到了对流层2-7.5 km高度上二氧化碳浓度分布的初步测量结果。由测量结果可以看出合肥地区夜晚二氧化碳垂直方向浓度变化很小,在380 ppmv左右有轻微变化。实验验证了L625拉曼激光雷达探测二氧化碳浓度分布是可行的,并且能够达到较高的测量精度,具有较好的稳定性。     

基于碱法机理减少船舶CO2排放研究

提出了利用NaOH溶液吸收船舶CO₂的方法,分析了船舶CO₂回收机理,依据6135G128ZCa型船舶柴油机的特点,设计了船舶CO₂吸收系统,推导出船舶CO₂吸收效率数学模型.通过实例分析了NaOH溶液浓度变化、反应温度变化对船舶尾气中CO₂吸收效率的影响.验证了利用NaOH溶液吸收船舶尾气中的CO₂,能够有效降低船舶CO₂排放量20%以上,为未来船舶CO₂的减排技术奠定基础.      

赤潮异弯藻对CO2浓度、温度和营养盐变化的响应

赤潮异弯藻(Heterosigma akashiwo)是爆发有害藻华的常见藻种,也是危害海洋渔业的赤潮生物之一,广泛分布在全球近岸海域.随着大气CO₂浓度升高、全球变暖及人类活动导致陆源营养盐入海通量的增加,在河口及近岸海域频发藻华.本研究通过调控营养盐浓度、CO₂浓度和温度,探讨了当前气候变化趋势下赤潮异弯藻生长对营养盐变化的响应.结果显示,在所有CO₂浓度和温度条件下,低磷组的赤潮异弯藻细胞密度和比生长速率均显著低于高磷组的;当CO₂浓度升高时,赤潮异弯藻细胞最大密度和比生长速率均显著提高;当同时升高CO₂浓度和温度时,其比生长速率再次显著增加;赤潮异弯藻的生长对不同CO₂浓度和温度的响应在4种营养条件下类似.该研究表明,磷浓度是控制赤潮异弯藻生长的主要因子,在未来气候条件下赤潮异弯藻爆发藻华的强度和风险不断增加.控制营养盐的增加,特别是磷酸盐浓度,可能是防控赤潮异弯藻爆发的关键手段之一.该研究结果可为近岸水域的海洋生态管理提供参考.     

高温CO2环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为

为了研究高温CO₂环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为,开展了800、900、1 000℃ CO₂环境下的耐热合金腐蚀实验,并进行了腐蚀产物的微观表征。利用分析天平获取耐热合金腐蚀前后的质量变化,并计算其激活能;应用激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪对合金表面腐蚀产物进行表征分析;利用扫描电子显微镜等设备观察样品的微观形貌,并分析腐蚀产物成分与分布。实验结果表明:两种耐热合金在高温CO₂环境下的腐蚀动力曲线符合抛物线规律,HR6W和740H的激活能分别为-256.59、-293.35kJ/mol;HR6W表面氧化产物为致密均匀的Cr₂O₃氧化层和MnCr₂O₄氧化层;740H存在内氧化现象,外层氧化产物为TiO₂氧化层和Cr₂O₃氧化层,内层氧化产物为非均匀的Al₂O₃及TiO₂氧化物;两种合金均无明显碳...     

北大西洋热盐环流对温室气体浓度变化的响应

利用海?气耦合模式模拟了北大西洋热盐环流对外强迫的平衡响应。大气中CO₂浓度加倍后, 热盐环流强度将减弱约20%; 大气中CO₂浓度减半后, 热盐环流将增强约13%。研究结果表明, 热盐环流对外强迫的响应有两个阶段: 瞬变阶段和平衡阶段。瞬变响应主要取决于局地海表热通量和淡水通量的变化, 平衡响应还与非局地热量输送和淡水输送过程有关, 两个过程作用相互竞争。在CO₂加倍实验中, 与淡水输送相关联的正反馈作用更强, 导致热盐环流略有恢复; 在CO₂减半实验中, 热量输送与淡水输送作用相抵, 热盐环流没有明显的恢复。此外, 海水密度与其温度的非线性关系导致CO₂加倍和减半实验中热盐环流的响应大小是非对称的。     

注二氧化碳促排煤层瓦斯机制转化过程实验研究

为了厘清注CO₂促排煤层瓦斯机制及主导作用,采集了豫西荥巩煤田二煤层构造软煤煤样,利用大尺度煤层注气促排瓦斯模拟实验平台,进行了注 CO₂促排瓦斯实验.实验结果表明:注CO₂促排煤层瓦斯是一个动态演化过程,结合国内外专家对煤层注气驱替瓦斯机理的认识,给出了置换效应和驱替效应定义.以出气口CH₄体积分数的变化规律,将注气过程分为3个阶段对煤层注CO₂驱替瓦斯机制转化过程进行了研究.在CO₂突破腔体以前,主要表现为置换效应,注入CO₂的置换效应占主导地位;CO₂突破腔体之后,注入的CO₂一部分与CH₄发生置换吸附,另一部分与CH₄流出腔体,此时置换和驱替效应共存.针对整个实验过程,CO₂置换效应表现得更为明显,起主导作用.     

亚高山红桦根及根际土壤生化特性对升高温度和CO2的响应

通过川西亚高山野外大型控制实验,研究了红桦不同密度下的根系生物量、根际土壤微生物数量和根际土壤酶活性对短期升高温度（ET,相对室外平均升温2.4±0.4 ℃）、升高大气CO2浓度（EC,平均增加15.5±1.0 μmol·L^-1）及交互作用（ETC,生长室相对室外平均升温2.2±0.5　℃并CO₂浓度平均增加15.8±1.2　μmol·L^-1）的响应.初步结果表明：升高大气温度或CO₂浓度均能够显著促进红桦低密度和高密度下单株根系生物量;升高温度和CO₂浓度及二者共同升高对微生物类群和数量影响不同,升高温度细菌、真菌数量以及低密度下放线菌数量显著增加,而高密度下放线菌数量显著下降;升高CO₂浓度下高密度时细菌和真菌数量增加而低密度下均显著下降;升高温度（ET）显著抑制高、低密度下红桦根际土壤多酚氧化酶活性,升高CO₂（EC）根际土壤过氧化氢酶活性在2种密度条件下均不同程度升高,土壤脲酶和多酚氧化酶活性则降低;ETC条件下,根际土壤多酚氧化酶和过氧化氢酶在2种密度下均表现出不同程度的降低,但脲酶活性在高、低密度条件下对ETC表现出不同的响应结果.     

拉曼雷达测量大气二氧化碳浓度回波信号误差分析

拉曼雷达探测二氧化碳的后向散射回波信号十分微弱,有效分析信号的误差非常重要. 从理论上分析了拉曼激光雷达探测二氧化碳气体的回波信号误差的计算方法,推导计算了二氧化碳浓度信号的混合比,得到了影响信号误差的3种因素,并对各因素进行了理论计算,从实验上对信号误差进行了数据验证. 将理论值与实验数据进行对比,确定信号采集过程中造成的数据误差小于10%,并随距离的增加而增加;大气透过率相对函数的误差约为2%;标定常数的误差小于5%.      

大气水汽探测拉曼激光雷达系统仿真设计

设计了发射波长为532nm测量大气水汽的拉曼激光雷达系统. 结合系统误差理论分析,验证系统夜间测量水汽的高效性和白天测量水汽的可行性. 通过对比不同发射波长的拉曼激光雷达系统的回波信号与信噪比,得出最优系统参数能够实现白天0~4km、夜间0~9km的探测,该系统探测性能优于266nm或355nm的测量系统,特别是夜间探测大气水汽更为高效. 为实现单波长测量大气参数（温度、气溶胶和水汽）提供了一个可行性设计.      

地基离轴拉曼-米激光雷达几何因子校正

提出一种提高地基离轴拉曼-米激光雷达系统几何因子校准精度的纯气溶胶校正算法.理论分析了算法的解析表达式和误差影响因素,并与Raman-Klett迭代校正算法进行了对比分析.实验表明算法对激光雷达比估计误差具有不敏感特性.同时讨论了算法得到的几何因子廓线对反演气溶胶消光系数的影响,结果表明在同等激光雷达比估计误差下,纯气溶胶校正算法比Raman-Klett迭代校正算法反演得到的几何因子廓线精度高约2倍以上,并能更好地体现与人类活动密切相关的近地面气溶胶分布情况.      

Ab initio calculation of structure and Raman and Infrared spectra of Trifluoromethylthiosulphenyl Chloride

The molecular model of Trifluoromethylthiosulphenyl Chloride, CF₃SSCl, was presented.Ab initio method was used to calculate the structure and Raman and Infrared spectra. The results show that CF₃SSCl possess stereoscopic structure ofC ₁ symmetry with a torsional angle of 94.2°. The potential energy distribution and isotope replacement methods were applied to determine the vibrational assignment. The vibrational frequencies and corresponding modes of the molecule were obtained. The calculated vibrational frequencies are in good agreement with experiments. Supported by the National Natural Science Foundation of China Zou Xianwu: born in Apr, 1938, Professor     

基于单线激光雷达的廊道环境数字重构技术

针对廊道环境的数字重构问题,设计了一种基于单线激光雷达的数字重构系统.该系统利用移动机器人搭载单线激光雷达传感器,构建三维雷达扫描系统,实现廊道环境的自动扫描和实时重构.首先进行系统的硬件搭建,其次详细介绍了系统的数字重构过程,主要包括移动机器人控制模块设计、坐标转换、数据融合等.为了解决移动机器人运动偏离的问题,在控制系统中加入模糊PID(porportion integral differential)控制算法,保证了系统数据采集的准确性.对于2D点云到3D点云的转换的问题,提出了一种里程计数据和激光雷达传感器数据融合的方法.最后进行实验测试.结果 表明:该系统可以实现对一般复杂的廊道场景进行自动化采集和实时重构,不仅精度高而且重构特征明显.     

拉曼-米激光雷达测温通道残余几何因子修正

拉曼-米激光雷达高低阶拉曼通道的几何因子因不同通道光学器件和探测器的性能差异并非完全一致,会引入近地面温度测量误差,针对这一问题,提出一种修正测温通道残余几何因子的方法. 该方法首先通过探空温度和标定的归一化光谱透过率计算得到高低阶拉曼信号的有效微分散射截面之比,然后从拉曼信号比值中求解出残余几何因子廓线. 利用北京理工大学激光雷达实验室研制的转动拉曼-米激光雷达系统的探测数据,实验验证了该方法的有效性. 结果表明,该方法能较好地修正残余几何因子对温度探测的影响,显著提高近地面1.5 km探测高度内温度反演精度,有助于提高拉曼-米激光雷达对边界层大气的探测能力.      

粒子退偏比测量拉曼-米偏振激光雷达系统设计与仿真

针对米-偏振激光雷达回波信号受大气分子信号影响而只能测得体退偏比的问题,设计了一种可以测量粒子退偏比的纯转动拉曼-米偏振激光雷达。仿真了其回波信号与信噪比,结果表明系统夜晚最大探测距离可达12 km,验证了系统的可行性。利用拉曼信号校正米-偏振信号得到气溶胶和云的粒子退偏比,通过对比不同天气状况下的退偏比廓线,得出该系统更适用于高空卷云和浓度较小但退偏比较大的气溶胶粒子的退偏比测量。      

低渗和特低渗油层CO2-N2复合驱研究

针对低渗-特低渗油层CO₂-N₂复合驱提高采收率,以大庆外围YS油田的特低渗透油层为背景,进行了数值模拟和物理模拟两方面的研究。利用CMG数值模拟软件GEM模块,建立了一维长细管、均质、非均质理想模型及五点法井网单元模型,分别对CO₂-N₂复合驱的驱油方式、影响因素、五点法井网单元模型下的段塞组成进行了模拟计算及分析。与此同时,在室内分别选用30 cm长的低渗透、特低渗透天然岩心,各进行了5种不同驱替方案的实验研究,确定了CO₂-N₂复合中CO₂合理段塞尺寸及驱油效果,并验证了数值模拟计算的可靠性。研究结果表明,低渗-特低渗透油层CO₂-N₂复合驱不宜采用CO₂与N₂混合驱方式,而应采用一次注入合理的CO₂段塞(约0.3PV)＋N₂的段塞组合驱方式,这样不仅可以减少CO₂用量,而且可以充分发挥CO₂与N₂各自的优势,获得优于全部注CO₂驱的驱油效果;且油层渗透率越低、渗透率级差越小或长厚比越大,越有利于提高CO₂-N₂复合驱采收率;厚度小于井距1%的油层也有利于CO₂-N₂复合驱提高采收率。     

Synthesis of lanthanum oxide nanosheets by a green carbonation process

Two-dimensional metal oxide nanostructures, such as nanoplates, nanowalls, and nanosheets, have received further attentions in recent years, due to their outstanding properties resulted from the small thickness and quantum size effects. In this work, lanthanum oxide nanosheets with the thickness of 56 nm had been suc-cessfully prepared by an originally simple method of car- bon dioxide carbonation; the preparation process was green without using surfactants and detergent. The X-ray dif-fraction, transmission electron microscopy, and scanning electron microscopy were used to characterize the pro-ducts. Thermogravimetric-differential thermal analysis and FT-IR were introduced to prove that the lanthanum oxide precursor with lamellar morphology was La2（CO3）3.3H20. The carbon dioxide carbonation method would provide significant benefits containing mild reaction conditions, high efficiency, low cost, and easy to realize large-scale production.