收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

大气光谱学与Mie散射研究

左浩毅  
【摘要】: 人类在发展自身的同时也污染了我们赖以生存的自然环境。随着工业的发展,大气的污染情况越来越严重,各种污染现象接连不断,典型污染包括气体污染(如二氧化氮,二氧化硫等)和气溶胶污染等。二氧化氮,二氧化硫之类的气体会直接危害人们的呼吸系统,是造成酸雨的主要原因;而大气气溶胶对于人类来讲有害有利,一方面它是形成降雨的必要条件,但另一方面又会给人体的健康带来危害。所以必须对这些污染物进行有效的监控,光学方法是进行监测的理想方法,有灵敏度高,速度快,可实现实时监测的特点,且不会产生任何新的污染。 本文在对大气环境的光学研究现状调研基础上,主要在以下方面进行了大量的理论与实验研究工作 首先研究了利用差分吸收光谱法监测大气二氧化氮浓度。该方法的研究在国内得到了普遍重视。该方法建立在吸收定律之上,通过比较样品光谱和参考光谱获得二氧化氮吸收信息。关于二氧化氮的探测,一个重要的问题是如何从比值光谱中区分二氧化氮吸收信息(快变信息)和其它所有消光信息的总和(缓变信息),在过去的二氧化氮浓度反演中缓变吸收信息的低阶拟合多项式阶次的选择是任意的(通常二至五阶任意选择),本文发现这会给反演带来误差,且多项式阶次不同,误差也不同,故本文利用二氧化氮吸收截面的相对形状不应发生变化的事实,提出利用非线性回归法确定缓变吸收信息,使确定的缓变结构更加准确,从而提高了反演的精度,并获得了成都和西岭雪山地区的实测数据。还研究了用散射光反演二氧化氮总浓度的方法,利用散射光进行监测优点是信噪比高,不需精确跟踪太阳,易于操作,但文章发现只有在特定的散射角度下才能利用散射光进行测量,采用该方法测得了成都地区的二氧化氮总浓度;还建立了一个利用瑞利散射光反演二氧化氮垂直分布的初级模型,该模型利用了散射光谱中二氧化氮吸收的强弱共同决定于二氧化氮总浓度和二氧化氮垂直分布的特点,并结合了一些简单合理的假设。利用该模型反演获得了成都地区二氧化氮垂直分布,从反演结果来看,该结果能在一定程度上反映二氧化氮真实的垂直分布,但模型本身较为简单和粗糙,要精确确定二氧化氮垂直分布还需要结合大气传输,光化学反应等信息。 然后研究了利用Mie散射理论结合气溶胶光学厚度的测量反演气溶胶尺度分布和总浓度的方法。在过去的气溶胶尺度反演中多是采用的非独立模式,即根据统计结果事先假定气溶胶尺度分布符合某一函数形式(如负指数,对数正态等),然后通过对比实测气溶胶光学厚度和理论计算的气溶胶光学厚度确定函数当中的参数,以确定具体分布函数。另外由于Mie散射理论计算的复杂性,在计算中常不得不采用近似算法,这都会给反演结果带来误差。本文以严格的Mie散射理论为基础,研究了独立模式下(即事先不假定气溶胶尺度分布的形式)反演气溶胶尺度分布和总浓度的方法。该方法将气溶胶尺度分布函数离散,假设在每一个区间内分布函数为一个常数,将这些常数的值确定后便可获得气溶胶尺度分布,问题转化成了解一个矩阵,但该矩阵高度病态,会导致的反演结果不可靠,所以文章分别采用了普通线性回归法,模拟退火算法和遗传算法进行了反演模拟,通过模拟结果的比较发现遗传算法最为适用。在此基础上以飞机上采集的太阳光谱为参考反演获得了成都地区气溶胶尺度分布和总浓度。文章还作了详细的误差分析,讨论了散射光对反演结果的影响,计算发现,在一般的大气状况下,散射光的影响可以忽略。本章最后一节还就反演中存在的一些问题作了详细讨论。 最后文章还利用Mie散射理论和色度学理论计算了不同角度下单分散系球形微粒散射色度,给出了一幅0.1-10um半径下所有散射角度上(0—180°)的球形微粒的高分辨率散射色度谱。在此基础上模拟了“宝光”现象,以一次散射为前提,详细讨论了“宝光”外形和雾滴尺度分布的关系,发现决定“宝光”外形的是云雾层表面雾滴的尺度分布,表面大尺度雾滴含量越大,“宝光”越明显,且色彩越丰富,反之亦然;在一般情况下,云雾是以小尺度雾滴为主,所以难以看到“宝光”现象,故在一定程度上可以根据“宝光”的外形定性判断云雾层表面雾滴的尺度分布。还在一次散射的前提下模拟了天空光色度和大气气溶胶尺度分布的关系,发现小尺度气溶胶含量越大,天空将越接近蔚蓝色;如果大尺度气溶胶含量越大,天空色彩越是黯淡;关于天空光的偏振度与气溶胶尺度分布的关系也进行了详细计算。 上述研究工作结果对利用光学方法检测与控制大气污染,对利用光学方法理解与研究大气光学现象具有重要的理论与实际意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 向阳;;大气 环境 健康[J];百科知识;2005年23期
2 周斌,郝楠,陈立民;夫琅禾费线对差分光学吸收光谱法测量大气污染气体影响的研究[J];物理学报;2005年09期
3 К.А.Bуштуева;潘小琴;;用脑电波法研究大气污染的反射作用阈[J];华中科技大学学报(医学版);1960年02期
4 加贝;;树叶中金属含量可以作为市区大气污染的标志[J];国外医学.卫生学分册;1991年01期
5 詹红霞;杨金玲;邱辉;;伊犁地区酸雨状况分析[J];新疆气象;2006年02期
6 刘颖;;城市大气环境安全监测的探讨[J];科技资讯;2008年34期
7 宋宁;;浅谈邯郸大气污染[J];黑龙江科技信息;2009年15期
8 王晓中;;船舶柴油机废气的危害及排放限制[J];科技资讯;2010年01期
9 谭永金;;大气污染对气候的影响[J];气象与环境学报;1991年02期
10 马正岩;杜丽星;侯银梅;连湘瑞;李建平;方岩;杨赓;;太原城区常绿针叶树生长不良原因与改良措施研究[J];山西大学学报(自然科学版);1993年02期
11 范旭东;顾泳洁;;植物在环境监测中的应用[J];阜阳师范学院学报(自然科学版);2006年04期
12 焦东旭;;县级大气污染综合整治规划方法探讨[J];科技情报开发与经济;2007年14期
13 王英;金军;李令军;赵越;李云婷;;北京大气污染区域分布及变化趋势研究[J];中央民族大学学报(自然科学版);2008年01期
14 赵鸿杰;胡羡聪;邝健智;殷爱华;张秀娟;;红花银桦对大气SO_2和氟化物的净化能力[J];亚热带农业研究;2009年02期
15 谢东;王汉青;李向阳;;复杂地形条件下大气风场的三维数值模拟研究[J];南华大学学报(自然科学版);2009年03期
16 杜忠;任珺;陶玲;;不同污染区对绿化树种游离脯氨酸含量的影响[J];上海环境科学;2008年01期
17 解振华;关于防治北京大气污染的工作报告——1999年6月26日在第九届全国人民代表大会常务委员会第十次会议上[J];全国人民代表大会常务委员会公报;1999年04期
18 ;光学环境科学应用[J];中国光学与应用光学文摘;2002年01期
19 徐红鹃,陈波,周海光,郑玉臣;用DOAS法测量厦门地区大气中NO_2的浓度[J];厦门大学学报(自然科学版);2005年04期
20 席胜伟;;大气污染危害性分析及治理途径[J];科技情报开发与经济;2006年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方其仁;陈思龙;张卫东;申世放;王春;;酸沉降大气污染对馆藏文物的影响研究[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C];2002年
2 孙明辉;;冀中廊坊市大雾天气污染分析[A];第26届中国气象学会年会气候环境变化与人体健康分会场论文集[C];2009年
3 张洪英;李君;朱敏;窦建平;;淄博市大气污染与气象条件关系预报[A];第27届中国气象学会年会气候环境变化与人体健康分会场论文集[C];2010年
4 孙明辉;张素云;;冀中廊坊市大雾天气污染分析[A];中国气象学会2008年年会大气环境监测、预报与污染物控制分会场论文集[C];2008年
5 贺振富;李才英;段启伟;景振华;;降低汽车尾气排放治理大气污染的几种措施[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
6 应立;曹明明;;公交优先对西安能源和环境的重要性[A];中国地理学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
7 朱晓敏;陈冬梅;肖纯凌;;大气污染对儿童上呼吸道微生态影响[A];2006中国微生物学会第九次全国会员代表大会暨学术年会论文摘要集[C];2006年
8 安俊琳;王跃思;李昕;漏嗣佳;银燕;;北京大气中SO_2,NO_x,CO和O_3浓度变化分析[A];2008中国环境科学学会学术年会优秀论文集(中卷)[C];2008年
9 徐飞高;汤剑;高士祥;;大气污染对南京麒麟镇麒麟石刻的风化影响[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
10 孙德伟;韩建军;魏月广;;发展洁净煤技术是实现经济可持续发展的必然要求[A];煤矿环境保护与循环经济论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 左浩毅;大气光谱学与Mie散射研究[D];四川大学;2007年
2 邢佳;大气污染排放与环境效应的非线性响应关系研究[D];清华大学;2011年
3 王朝梁;中国酸雨污染治理法律制度研究[D];西南政法大学;2010年
4 张学典;差分吸收光谱技术在环境监测中的理论和应用研究[D];天津大学;2007年
5 陈卓梅;二氧化氮胁迫下樟树的生理生化响应研究[D];浙江大学;2009年
6 李铁柱;城市交通大气环境影响评价及预测技术研究[D];东南大学;2001年
7 施春华;平流层微量气体变化趋势及其化学过程的研究[D];中国科学技术大学;2006年
8 梁淑英;部分城市绿化树种的生理特性及其对大气污染的响应[D];南京林业大学;2008年
9 薄拯;滑动弧放电等离子体处理挥发性有机化合物基础研究[D];浙江大学;2008年
10 宛悦;综合评价中国大气污染及其健康效应对国民经济的影响[D];东京工业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 徐军;苏州市空气中SO_2、NO_2的人群健康危险度评价[D];苏州大学;2005年
2 靳永峰;包头市青山区大气污染成因及防治对策[D];内蒙古大学;2012年
3 孙东;二氧化氮气体浓度测量的积分光谱技术[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 刘大为;区域大气污染联防联控研究[D];西北大学;2011年
5 邵平;张家口、北京和廊坊大气污染联合观测研究[D];南京信息工程大学;2012年
6 李晋;大气污染造成的健康损失评价研究[D];西北大学;2012年
7 翁剑桥;济南市城市大气环境质量评价与污染特征研究[D];山东大学;2010年
8 曹娟;兰州市大气污染与居民健康效应的时间序列研究[D];兰州大学;2010年
9 兰秀娟;包头市空气环境质量特征分析及污染防治措施研究[D];内蒙古大学;2011年
10 马艳;分光光度法及化学发光法测定对流层大气NO_x[D];陕西师范大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 张守敏 通讯员 狄瑞云 马法坤;我市采取有力措施“点”“面”结合治理大气污染[N];呼和浩特日报(汉);2008年
2 本报记者 邹静昭;要建立区域大气污染联防联控机制[N];中国环境报;2009年
3 记者 姜虹;大气污染联防联控石化挑大梁[N];中国化工报;2010年
4 环境保护部环境规划院 王金南 宁淼;区域大气污染联防联控机制路线图[N];中国环境报;2010年
5 环境保护应急办提供;大气污染举报四月略增[N];中国环境报;2010年
6 记者 张剑雯;太原开展大气污染攻坚百日行动[N];山西经济日报;2009年
7 季英德 王文忠;淄博市临淄区深入治理大气污染[N];中国环境报;2009年
8 本报记者 司建楠;六行业成大气污染联防联控重点[N];中国工业报;2010年
9 通讯员 苗妍 记者 孙展;牡丹区多措并举治理大气污染[N];菏泽日报;2009年
10 本报记者 木佳;九部门重拳治理大气污染[N];中华工商时报;2010年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978