大气偏振度与PM2.5粒子浓度特性研究

为了满足偏振光导航在雾霾天的应用需求。研究雾霾天对于偏振信息检测的影响及其规律,对降低自然扰动对偏振光导航系统的误差、优化系统具有重要的意义。本文采用全天域偏振成像法对雾霾天的偏振信息进行大量的实验采集,并通过国家气象中心查询大气PM2.5粒子浓度,对两者的关系进行理论与实验分析。结果表明,PM2.5浓度与大气偏振度的关系随着PM2.5粒子浓度的升高而降低,两者呈类指数关系。通过基于米氏散射理论对单粒子多次散射进行分析,结合大气的特殊情况,在将PM2.5粒子近似为球形结构进行通过米氏散射进行理论分析,分析结果与实验结果基本一致。通过对误差进行残差分析和残差平方和分析,误差主要来源于大气复杂情况的干扰以及本实验所用探测器CMOS传感器的线性范围。本文通过大量的实验所研究的特性曲线可以反映特殊天气下偏振信息的基本特征,对以后在特殊天气情况下的基于偏振光导航设计具有重要的意义。     

基于MCML的大气偏振特性仿真与分析

太阳光通过大气层时会与大气粒子间发生相互作用从而产生偏振光,天空中各种不同属性的偏振光叠加,便形成了包含大气信息参数在内的各种信息的大气偏振模式分布。文章研究了太阳光散射形成的大气偏振特性,分析了基于蒙特卡洛理论的仿真方法,在实现大气偏振模式仿真的基础上,将实际检测结果与理论仿真模型进行对比分析,验证了该方法的正确性。     

衡阳市中心城区冬季雾霾天PM_(2.5)中重金属污染初探

为了解衡阳市中心城区雾霾天PM_(2.5)中重金属污染特征与来源,2014~2015年连续2年对衡阳市城区冬季大气PM_(2.5)进行采集.通过滤膜称重法测量PM_(2.5)质量浓度,微波消解—原子吸收光谱法(AAS)测定PM_(2.5)中Pb、Cd、Cu、Cr、Ni和Fe等6种重金属元素质量浓度,结合富集因子法对衡阳城区大气PM_(2.5)进行来源解析.结果表明:采样期间,衡阳市中心城区冬季雾霾天PM_(2.5)平均质量浓度均超过国家二级标准,2014和2015年冬季PM_(2.5)中重金属污染趋势基本相同,分别为CuFePbCrNiCd和CuFeCrPbNiCd,表明衡阳城区冬季重金属污染规律明显,富集因子法分析后发现PM_(2.5)中Pb、Cd、Cu、Cr、Ni和Fe元素的EF值均大于10,明显来自于人为污染源,其中Cd、Cu为极强富集,污染可能来源于城区周围金属冶炼和工业燃煤烟尘.     

生物组织散射相函数实验的研究

介绍了相函数在建立生物组织模型中的作用,分析了在测量生物组织散射相函数时存在的问题．利用Mie氏理论对不同偏振方向的偏振光被生物组织粒径范围内的单粒子散射后,在观测平面上的散射光强进行计算、比较得出结论：偏振光的偏振性对测量生物组织散射相函数的影响较大,通过实验方法获得精确的相函数时,要注意对所用实验光源偏振性的选择。     

基于大气偏振光学的太阳跟踪方法

太阳位置信息不仅在太阳能领域应用广泛,而且在偏振光导航领域中被作为重要的空间特征,为偏振光导航提供信息。在研究大气偏振模式分布规律时,发现太阳位置与偏振模式存在着一定的对应关系;利用这一联系提出一种新的太阳跟踪方法:对偏振模式进行采样,得到各个采样点的偏振信息(偏振度和偏振角度)与太阳空间位置(高度角和方位角)之间的关系方程组。利用最小二乘法求得最优解并将其作为太阳位置。通过仿真实验验证了该方法的可行性,接着通过全天候和遮挡情况下的太阳跟踪实验进行了验证。实验表明用该方法求解得到的太阳高度角和方位角的平均误差在0.5°;并且不受空间位置和时间的限制,不存在误差积累,不受遮挡物对太阳遮挡的影响,体现出良好准确性和的环境适应性,可以有效地实现太阳空间位置确定和太阳跟踪。     

面向偏振光天文定位应用的偏振信息匹配滤波算法

大气偏振信息滤波处理是提高偏振光导航定位应用实效的基础和关键步骤。根据单次瑞利散射大气偏振模式,设计了与太阳投影点和观测点位置无关的方位模型转换算法;据此特征提出了一种全天域大气偏振分布数据滤波算法;并详细阐述了所提算法的基本步骤及流程。利用偏振成像系统同时观测全天域采样点大气偏振信息,对所提算法进行了实验验证。实验结果表明,所提算法对全天域偏振成像获得的大量离散样本点偏振数据,具有较好的滤波性能。     

基于改进粒子群优化BP_Adaboost神经网络的PM2.5浓度预测

为了提高大气污染物浓度预测精度,采用灰色关联分析选取影响大气中PM_(2.5)浓度的主要因子,并以此作为神经网络输入变量,建立一种基于BP_Adaboost神经网络的PM_(2.5)浓度预测模型.用改进粒子群算法来选择BP_Adaboost神经网络权重和阈值,可以有效避免神经网络在训练时陷入局部最优解.根据北京市海淀区万柳监测站和朝阳区北京工业大学监测点每小时监测的大气污染物浓度和气象条件,分别选择2014-11-01~2014-11-25和2017-07-07~2017-08-06数据作为实验研究对象.仿真结果表明,在PM_(2.5)浓度预测中,相比于BP_Adaboost、BP和广义回归神经网络3种预测模型,改进粒子群优化BP_Adaboost神经网络预测性能更优.     

偏振光在散射介质中的传播与成像

偏振光在散射介质中传播的过程中其时间、空间、方向、相干性和偏振等物理指标的变化规律，是强散射介质光学成像研究的基本问题，对发展生物医学光学新技术和新应用具有重要意义．从偏振光散射与传播基本过程出发，利用Monte Carlo方法，模拟偏振光子在强散射介质中传播的统计规律，并结合仿体和生物组织样品的实验，分析介质中散射粒子的形状、空间取向、组成和空间分布等因素对偏振光子传播和成像的影响；比较了在光路中采用角度、空间和偏振等门控技术之后对散射光子的抑止作用，以及对成像质量的改善。     

长沙市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度的相关性研究

利用MODIS数据研究区域大气PM_(2.5)浓度分布是环境动态监测的有效方法。获取美国NASA发布的分辨率为3km的MOD光学厚度产品;提取2016年1月至2017年7月期间长沙市10个大气监测站点的PM_(2.5)浓度数据进行相关性分析,建立PM_(2.5)浓度与AOD之间的线性、幂函数以及指数函数3种相关性模型;引入湿度影响因子建立大气PM_(2.5)浓度订正模型,采用PM_(2.5)浓度订正模型订正PM_(2.5)浓度。结果表明:湿度订正提高了PM_(2.5)与AOD相关性,幂函数相关性模型的方差值相对其他2种模型较好,运用幂函数相关性模型研究长沙市MODIS气溶胶光学厚度与PM_(2.5)浓度的相关性较好。     

偏振光实验的计算机模拟研究

首先对光的偏振特性进行了理论分析,分析了线偏振光通过各种波片之后的偏振态变化情况,以及偏振光干涉实验的特点。通过计算机模拟了线偏振光通过半波片后的实验,对不同偏振态的偏振光的干涉场分布进行了数值模拟,得出了不同偏振态干涉场的特征分布,分析讨论了实验模拟结果,为偏振光实验的教学和实验结果的分析提供了依据。     

住宅楼公共烟道油烟细颗粒物排放现状及治理必要性

为了解住宅楼公共烟道油烟细颗粒物(PM_(2.5))的排放现状及其对大气环境的影响,对3个典型层高的居民住宅楼公共烟道排放口油烟PM_(2.5)浓度进行了连续采样监测。根据实验数据,3个排放口PM_(2.5)的平均质量浓度为0.5～2 mg/m~3,超出环境空气质量二级标准的7～26倍。以此估算深圳市住宅楼公共烟道对大气PM_(2.5)的年贡献量约为252.5 t/a,占烹饪油烟PM_(2.5)总排放量的5%,是又一个重要的生活PM_(2.5)排放源,且由于住宅楼公共烟道均未安装强排风机使烟道内的平均风速在2.0 m/s以下,较低的排放速度容易导致污染物在楼面聚集,扩散缓慢,静稳天气下会对居民生活环境的空气质量造成持续大范围的影响。     

室内PM2.5暴露水平影响研究

近年来,雾霾天气频繁发生,大气污染已引起世界范围的殷切关注;并且成为世界共同研究的课题,其中细颗粒物污染已成为首要问题。而伴随着生活方式的转变,人们越来越注重室内空气品质,因此,室内PM_(2.5)污染已成为亟需解决的问题。通过分析室内PM_(2.5)污染来源以及对人体健康的影响,进行了关于室内PM_(2.5)暴露水平影响的实验研究。结果表明,吸烟是室内PM_(2.5)的主要来源;吸烟时会使室内PM_(2.5)暴露水平显著升高;烹饪会使室内PM_(2.5)暴露水平严重超标;人员活动产生的细颗粒物强度取决于室内的人数、活动类型、活动强度等;室内PM_(2.5)暴露水平受室外影响较大,呈现明显的正相关性。     

西安节日期间PM_(2.5)及其重金属浓度变化特征

采用Mini Vol便携式采样器采集西安北稍门、格物楼和南斗角村2015年元旦、劳动节及节日前后各两天大气颗粒物样品,并利用电感耦合等离子体光学发射仪(ICP—OES)测量元素As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn的含量,分析节日浓度变化特征.结果表明,元旦期间,PM_(2.5)浓度表现为节假日大于节前及节后;南斗角村大气中PM_(2.5)浓度于三个采样期间内均低于其他两个点.大气PM_(2.5)中Cu、Pb和Zn浓度变化与PM_(2.5)一致;As、Mn和Ni含量变化较小;Cr浓度呈现显著上升的趋势.七种重金属空间表现不完全一致.劳动节期间,由于降雨影响,大气PM_(2.5)浓度表现为节假日期间最小,三个采样点空间差异相比元旦减小.细颗粒中重金属Cr、Ni、Pb和Zn与其PM_(2.5)的浓度变化一致;而As、Cu和Mn呈现逐渐递减趋势.空间表现为,BSM大气PM_(2.5)中Cu、Pb和Zn较高;其他四种重金属表现为在NDJC大气细颗粒物中浓度较高.     

合肥市PM_(2.5)的分布特征及其要素分析

对2013年合肥市的PM_(2.5)质量浓度、各类空气中污染物、气象要素等数据进行统计处理,通过定性、定量分析,得出PM_(2.5)质量浓度与其他各量间的相关性.结果表明,合肥地区雾霾情况较为严重,除7月份外,PM_(2.5)质量浓度超标率超标率均在87%以上,且冬季更为明显.工业较为发达的庐阳区PM_(2.5)质量略浓度高于其他地区.由Pearson相关性分析可知,PM_(2.5)质量浓度与PM_(10)浓度、NO_2浓度、SO_2浓度等有较强相关性;与能见度、温度、风速、平均低云量、降水量等呈负相关性;与逐日平均总云量、平均相对湿度、平均气压无相关性.     

关于雾霾天气对太阳辐射量的影响研究实验

本实验主要通过对不同天内太阳辐射量和PM2.5的数值关系的定性分析来研究雾霾天气对太阳辐射量的影响.就上海市松江地区而言,我们对日照计测得的太阳辐射量以及上海松江气象局采集到的PM2.5数据进行分析,为了排除其他因素的影响,选取相同温度和天气条件下的两天的数据对比,最后得出结论:雾霾天气对太阳能辐射量有负面影响.     

石家庄市大气颗粒污染物主要成分及其来源分析

总悬浮颗粒物(TSP)是对环境与人体健康造成危害的主要物质。因此,本文对石家庄市大气悬浮颗粒物的时空分布和组成进行分析,探究了导致石家庄市产生雾霾的物质及其来源。结果表明:(1)研究区PM_(10)和PM_(2.5)平均浓度差异性较小,且高于《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中所规定的年平均二级浓度限值;(2)西南高教的PM_(10)浓度相对较小;(3)石家庄市冬季TSP、PM_(10)和降尘的浓度均高于夏季;(4)TSP和PM_(10)二者所含重金属种类和含量高低顺序基本一致,由高到低依次为Ca、Al、Fe、Zn、Pb、Cu、Ni、Cr、Cd;(5)冬季(雾霾期)与夏季(非雾霾期)污染物主要化学组分基本一致,但冬季各元素含量明显高于夏季。     

2018年春节期间燃放烟花爆竹对福州市晋安区大气污染物浓度的影响

利用2018年春节期间晋安区五个空气自动监测站点PM_(10)、PM_(2.5)、CO、NO_2、SO_2、O_3的监测数据,分析了春节期间燃放烟花爆竹对晋安区大气污染物浓度的影响,重点讨论了除夕、初一两日大气污染物浓度的小时变化特征。结果表明,晋安区春节期间首要污染物主要为颗粒物。烟花爆竹对PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2、NO_2浓度有直接影响,对PM_(10)和PM_(2.5)浓度的影响尤其突出,对CO、O_3浓度无显著影响。     

激光光梯度力消除雾霾的实验研究

利用激光光梯度力破坏雾霾粒子的力平衡体系从而加速雾霾沉降的新机理,搭建了模拟动态雾霾的实验舱。通过向悬浮的雾霾粒子辐射激光的方式验证了激光消除雾霾的可行性。大气中的雾霾粒子由于受到曳引阻力、范德瓦尔斯斥力、旋转升力等的作用,处于稳定的网状力平衡状态。激光与雾霾粒子的相互作用过程即为利用激光光梯度力俘获电介质粒子的过程。当激光产生的光梯度力打破雾霾粒子所处的平衡状态时,激光对雾霾粒子的捕获能力大于大气的悬浮能力,雾霾粒子便会脱离原有的力平衡体系而坠落。实验数据表明,功率为2.6mW的氦氖激光器产生的光梯度力足以打破直径分别为0.3、0.5和1.0μm的雾霾粒子原有的力平衡体系。激光开启时,实验舱内粒子浓度急剧衰减,衰减速率明显高于粒子的自然衰减速率,成功达到了加速粒子沉降的目的。实验结果还表明,烟雾粒子粒径越大沉降的效果越明显。这种治理雾霾的新机理对净化大气、消除工厂粉尘以及对人们的健康生活、经济持续发展等具有重要意义。     

由Mie理论探讨大气能见度

大气中粒子对入射光的散射影响了大气的能见度,本文从Mie散射理论出发,探讨如何由Mie散射理论计算散射光强,从而分析不同天气条件下大气的能见度。     

西安市大气颗粒物PM_(2.5)的输送路径和潜在源分析

利用2017年西安市气象数据和主要大气污染物质量浓度的监测资料,综合分析西安市2017年度气候变化、大气污染状况以及污染物质量浓度演变特征.结果表明:西安市年平均风速为2.43 m/s,平均气温为19.00℃,总降水量为649 mm,冬春季PM_(2.5)、PM10质量浓度值普遍高于夏秋季.利用SPSS对污染物与气象因素进行相关性分析,得出颗粒物、气态污染物CO、SO2质量浓度变化与平均气温、降水量、风速呈负相关,而O3与平均气温、降水量、风速呈正相关.此外,通过拉格朗日混合粒子轨迹模型模拟了西安市48 h的气流后向轨迹,并将PM_(2.5)的质量浓度数据与气团轨迹相结合,利用潜在源贡献函数模型(PSCF)和浓度加权轨迹方法 (CWT),分析西安市PM_(2.5)质量浓度影响及潜在源区分布特征,其结果表明超过50%的气流后向轨迹来自西北方向,西安市PM_(2.5)的主要潜在来源位于陕南各城市以及陕南周边省份交界处.