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期刊信息/Journal information
大气与环境光学学报
大气与环境光学学报

刘文清

双月刊

1673-6141

gk@aiofm.ac.cn

0551-65591563

230031

合肥市1125信箱

大气与环境光学学报/Journal Journal of Atmospheric and Environmental OpticsCSCD北大核心
查看更多>>本刊系国家新闻出版总署批准的国内外公开发行的科技双月刊。主要报道国内外大气光学和环境光学领域及相关交叉学科的基础和应用研究方面所取得的具有创新意义的成果。撰稿形式可采用学术论文、综述评论、研究通讯等。
正式出版
收录年代

    基于机器视觉的光学雨滴谱仪方案研究与实现

    赵鹏张洪玮吴松华
    611-623页
    查看更多>>摘要：雨滴谱是描述降水微物理特征的重要参数,对于改善雷达定量降水估计、研究降水微物理性质及认识降水演变过程具有关键作用.为实现雨滴的尺度和尾速的同步测量,本文提出了一种基于机器视觉原理的光学雨滴测量方法,设计了以双远心镜头、远心光源和线阵相机为核心的系统方案,并搭建了光学雨滴谱仪样机.数据处理与分析系统以微软基础类库(MFC)为框架,调用相机软件开发包(SDK),联合Halcon软件开发了一款雨滴实时自动化测量软件.利用Canny算法对所得图像进行亚像素边缘检测,使用插值算法修复雨滴轮廓,最后根据还原后的雨滴图像计算出雨滴的尺度和尾速,从而实现雨滴的自动化测量.利用钢球和水滴进行了定标检验,使用标准量棒实验对仪器测量范围进行了标定.检测结果表明该雨滴谱仪对0.6～5.0mm之间的钢球直径测量误差小于21 μm,速度反演误差小于4.5％;而对水滴的测量标准差为26 μm,证明该仪器可以同时测量粒子的尺度和尾速,并在测量运动粒子方面表现出良好的准确性和一致性.

    雨滴谱仪机器视觉边缘检测

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    基于离散波长的DOAS算法研究

    纪方立赵欣司福褀周海金...
    624-635页
    查看更多>>摘要：利用8个离散波长(DW)结合差分吸收光谱(DOAS)技术反演了二氧化氮斜柱浓度,并与使用连续波长的传统DOAS技术进行对比讨论.研究中分别使用地基数据和大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)星载数据验证了 DW-DOAS技术的可行性.结果显示,与传统DOAS技术相比,使用DW-DOAS反演的两种数据的平均误差都在7％以内,相关性也都在0.9以上,证明DW-DOAS方法在反演痕量气体浓度中具有一定的应用价值.此外,DW-DOAS算法使用少量的光谱信息就能够快速高效地反演二氧化氮斜柱浓度.本工作不仅为后续算法的进一步研究提供了前提与基础,同时还表明基于DW-DOAS算法可以设计更加简单、高效的仪器用于高时空分辨率的二氧化氮监测.

    差分吸收光谱技术离散波长二氧化氮斜柱浓度大气痕量气体差分吸收光谱仪

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    基于NO2光解光通量计量法测定流动管反应室内硝酸盐光解频率

    刘新然施晓雯陈晨宁禾山...
    636-645页
    查看更多>>摘要：近年来的研究表明硝酸盐的光解可能是日间大气亚硝酸(HONO)的重要来源之一.然而,现有文献报道的硝酸盐光解频率范围较大,跨度可达1～2个量级,严重影响日间HONO来源解析的准确性.硝酸盐光解频率的测定方法主要通过实验室流动管实验获得,利用人工光源模拟太阳辐射,其中对光源辐射强度的测定具有极大的不确定性.本文基于二氧化氮(NO2)光解通量计量法对流动管内光源辐射强度进行了直接、精确测定并据此推导出硝酸盐光解频率.其原理为NO2在光解后与氧气(O2)产生臭氧(O3)和一氧化氮(NO),臭氧光解的同时又与NO迅速反应生成NO2,达到准静态,因此NO2在流动管内的光解频率J(NO2)可以根据实测的氮氧化物(NOx)和O3浓度计算得到.在获得J(NO2)基础上再运用已有研究的经验公式即可获得硝酸盐的光解频率J(HNO3).该方法与传统的硝酸盐水溶液光度计法相比,避免了由于水溶液对光强的影响而导致的测量误差,同时该方法不受流动管内几何构型的影响,直接获得流动管内各处光解通量的集合,使测定结果更加准确.在温度为25 ℃、气压为101.325 kPa的条件下,使用500 W氙灯光源,将光源置于天顶角为θ=0°的正上方,气体通过时间为61.7s,使用NO2光解法测得的J(NO2)为6.78× 10-3 s-1,进而获得的 J(HNO3)为3.40 × 10-7s-1.

    紫外辐射光解频率亚硝酸硝酸盐大气氧化能力

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    中国区域2001-2020年近地面臭氧浓度估算

    黄凯骆文慧万城宫明艳...
    646-664页
    查看更多>>摘要：随着大气环境治理的不断推进,颗粒物污染显著下降,但臭氧污染问题却日益严峻,因此构建中国区域的长时间地面臭氧数据集对了解地面臭氧的分布传输、推动细颗粒物与臭氧协同治理具有积极影响.本研究结合极端随机树和极端梯度提升两种机器学习算法的优势,使用臭氧监测数据、遥感产品以及大气再分析数据构建了中国地表每日最大8 h平均臭氧(MDA8 O3)浓度估算模型,从样本、空间、时间进行模型精度验证,并分年度、季度、历史尺度、区域尺度验证了模型的时空适用性,并衍生了中国区域全覆盖的2001-2020年臭氧数据产品.结果表明:(1)结合两种算法优势的臭氧估算模型表现出优良的精度,三种精度验证的决定系数R2都在0.89～0.95之间,均方根误差(RMSE)为10.73～15.56 μg/m3;(2)多种时空验证的结果表明本研究构建的模型能够应用于中国区域大范围、长时间的臭氧估算工作中;(3)本研究构建的臭氧数据产品能够较好地反映地面臭氧的月级、年级的时空分异,更直观地显示臭氧浓度的时空变化.

    大气遥感极端随机树极端梯度提升臭氧时空关联

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    基于米散射气溶胶激光雷达分析2021年3月中国北方沙尘污染过程

    刘达新宋慈孙广赫唐梓恒...
    665-679页
    查看更多>>摘要：2021年3月,中国北方出现了三次大范围的沙尘污染.为准确认识三次沙尘污染传输过程,分析研究了京津冀地区米散射气溶胶激光雷达的垂直观测结果.激光雷达垂直观测结果显示,2021年3月份,三次沙尘污染过程的传输顺序均为:张家口—北京—廊坊(保定)—天津—秦皇岛.在此期间,京津冀地区全境范围内的污染天气受到西北风和北风作用,导致京津冀地区发生沙尘污染,其中,该地区的张家口和北京市受到这三次沙尘污染影响较重.在3月14-18日和3月27-31日两次较严重的沙尘传输过程中,污染在北京、廊坊、天津三个城市沿西北至东南方向传输,且三座城市的污染物质量浓度在依次降低.2021年3月份的这三次沙尘污染在沿西北到东南方向传输的过程中,对各城市影响在逐渐减弱.本工作根据气团移动轨迹和反演图谱对京津冀地区三次沙尘现象的污染过程作出了科学分析,为未来沙尘污染防治提供了案例和参考.

    沙尘传输米散射激光雷达消光系数退偏振比

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    基于DPC/GRASP的全球海洋气溶胶光学特性反演与性能评估

    金适宽马盈盈王中挺洪津...
    680-697页
    查看更多>>摘要：研究气溶胶粒子的空间分布及其复杂的光学特性对于阐明海洋大气环境和全球气候变化具有重要意义.本研究基于高分五号02[GF-5(02)]星搭载的多角度偏振成像仪(DPC)的观测数据,并结合大气和地表特性的通用反演(GRASP)算法的Components模块,研究了全球海洋上空多种气溶胶光学特性的空间分布,并通过气溶胶自动观测网(AERONET)对结果进行了初步对比验证.结果显示,DPC/GRASP方案对海面多种气溶胶参数具有较好的反演能力.具体而言,气溶胶光学厚度(AOD)、埃斯特朗指数(AExp)、细粒子气溶胶光学厚度(FAOD)、粗粒子气溶胶光学厚度(CAOD)以及单次散射反照率(SSA)与AERONET观测结果的相关系数分别为0.961、0.848、0.837、0.914和0.750.而AOD的正平均偏差(0.034)表明,DPC/GRASP在海面上会略高估气溶胶的浓度,这主要是源于对细粒子气溶胶的略微高估.在全球空间分布上,DPC/GRASP的AOD与中分辨率成像光谱仪(MODIS)产品具有很高的一致性,这表明DPC能正确描述海面气溶胶的空间分布.本研究展示了 DPC数据对全球海洋多种复杂气溶胶参数优异的监测能力,为未来大气硬件仪器的研制和气溶胶反演算法的开发提供了宝贵经验和研究基础.

    气溶胶高分五号多角度偏振成像仪大气和地表特性的通用检索海洋气溶胶反演

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    中国近海气溶胶光学特性与相对湿度相互关系研究

    贺杰孙康闻任超戴光耀...
    698-716页
    查看更多>>摘要：基于CALIPSO卫星数据和ERA5再分析数据,选取经度范围108° E～124° E、纬度范围18° N～41° N区域内的海洋区域(即中国近海海域),对其在2007-2016年内对流层气溶胶的光学特性与相对湿度之间的相互关系进行对比分析.结果表明:该海域内,气溶胶的532 nm后向散射系数和532 nm消光系数都随相对湿度的增大而增大,气溶胶的退偏振比随相对湿度的增大而减小.这可能是由于相对湿度增大导致气溶胶粒子的吸湿性和整体形态发生变化.同时,气溶胶各光学特性整体在夏季最低,在春季、秋季、冬季会随着相对湿度的增加于某处交替变化,这可能与不同季节内各种类气溶胶所占比例不同有关;气溶胶各光学特性在2014-2016年的值显著低于2007-2013年,这可能是中国的环保政策执行有力的结果.进一步划分中国近海海域之后进行分析,10年内,因海洋来源气溶胶所占比重按黄渤海、东海、南海依次增大,气溶胶各个光学特性的整体值按黄渤海、东海、南海依次减小;进一步对海域内划分高度层进行分析可知,在0～7 km范围内,高度越高,海洋来源气溶胶所占比重越小而陆地来源气溶胶所占比重越大,同时气溶胶退偏振比整体值不断增大.

    气溶胶光学特性云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星观测ERA5中国近海

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    基于场景光谱库的高光谱影像模拟

    李浩顾行发占玉林杨健...
    717-728页
    查看更多>>摘要：高光谱影像能够获取地物精细的光谱信息,是地物精细识别、参数高精度反演的数据源.然而,高光谱传感器由于其自身的特征,往往覆盖周期较长,从而限制了其应用推广.为了提高高光谱影像的时效性,研究人员开展了大量高光谱影像模拟的研究,然而已有的大多数方法是基于标准光谱库,与实际的场景光谱存在较大差异.本文构建了一种基于场景光谱库的高光谱影像模拟方法,并提出一种基于归一化植被指数(NDVI)的光谱匹配算法,提升了模拟的速度和精度.该方法以山东省德州市西南部为试验区进行实验验证,以高分一号(GF-1)WFV多光谱数据为模板影像对高分五号(GF-5)AHSI载荷数据进行了模拟,并且同传统的模拟方法进行了对比分析.分析结果表明:建立的新方法模拟结果表现良好,283个有效波段的平均R2为0.69,相较于基于类别匹配的传统模拟方法提升了 0.16,但各波段的模拟效果存在差异,其中在第71波段处模拟效果最佳,R2达到了 0.81,比基于类别匹配的模拟方法增加了0.18;在运行效率方面,该方法模拟时间大大缩短,模拟速率提高了 75％.

    高光谱影像模拟光谱匹配场景光谱库归一化植被指数

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    光谱扫描用音圈电机伺服驱动系统设计

    汪文韬洪津吴洋罗环...
    729-738页
    查看更多>>摘要：星载高精度太阳辐射照度光谱仪是观测研究太阳辐照度的重要仪器之一,其波长扫描机构的精度很大程度上决定了光谱测量结果的准确性.为驱动光栅达到要求的定位精度,本文设计了以音圈电机为核心的伺服驱动系统.根据系统所需功能,设计了数字信号处理(DSP)加现场可编程门阵列(FPGA)的驱动控制器结构方案,并进行了功能划分,随后依据所需功能设计了硬件电路和软件程序.其中硬件电路主要包括电机驱动电路、高精度电流采集电路、位置反馈采集电路.软件程序包括DSP和FPGA两部分,DSP主要包括系统初始化、外部存储接口(EMIF)通讯、三环比例-积分-微分(PID)计算,FPGA主要用于配合DSP的三环PID算法,其功能主要包括电机驱动程序、模拟/数字(A/D)采样控制、编码器采样、与DSP数据交换.最后通过仿真验证、实验测试和实际应用,验证了驱动系统的有效性,实现了对音圈电机的三环PID控制,实际电机定位精度可以满足驱动光栅的设计需求.

    音圈电机光谱扫描数字信号处理现场可编程门阵列比例-积分-微分控制器

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    《大气与环境光学学报》征稿简则

    封3页
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