大气气溶胶偏振遥感研究进展_郭红

偏振遥感在伪装目标识别上的应用及对抗措施

第20卷第4期强激光与粒子束Vol.20,No.4 2008年4月H IGH POWER LASER AND PART ICLE BEAM S A pr.,2008 文章编号: 1001 4322(2008)04 0553 04 偏振遥感在伪装目标识别上的应用及对抗措施* 张朝阳, 程海峰, 陈朝辉, 郑文伟 (国防科学技术大学航天与材料工程学院,长沙410073) 摘要: 为了研究偏振遥感对伪装目标的识别特点,分别对不同颜色的伪装网进行了偏振参数测量和成像实验。通过数据分析发现,伪装网的散射偏振度受观测条件和材料自身特性(如反射率、折射率和表面粗糙度)影响很大;伪装涂层对入射光的散射作用可以分为面散射和体散射,其中面散射具有起偏振作用而体散射具有消偏振作用;与自然背景相比,伪装目标的偏振特征非常显著,利用偏振遥感可以有效地识别出常规侦察手段所不能发现的伪装目标。通过偏振遥感的侦察原理和特点分析,提出了可以利用表面结构设计和烟雾等方法对抗偏振遥感的侦察关键词: 遥感; 偏振度; Sto kes矢量; 偏振成像; 伪装中图分类号: 0436.3 文献标识码: A 偏振遥感是一种新型的侦察手段,融合了光强度侦察和偏振侦察的优点,国内外许多科研机构开展了偏振遥感仪器和目标偏振特征的研究。V. C.Vanderbilt等研究了树叶的偏振反射特征[1],指出树叶的偏振反射数据包含了树叶表面和内部的结构信息。B.Ben Dor在热红外波段对不同背景进行了偏振测试,指出可以用偏振图像来分辨人工目标和自然背景[2]。加拿大Q uebec海军研究中心和法国Brest的激光和光谱测量实验室利用偏振激光雷达研究了水下消偏振因素和散射体之间的关系[3 4]。偏振遥感可以辨别出常规遥感手段所无法识别的伪装目标。美国空军研究室的D.H.Goldstein对涂覆了军用油漆的铝板作了偏振检测[5]。G. For ssell和Y.Aro n,Y.Gronau分别对车辆和帐篷做了野外偏振成像实验[6 7],纽约大学的W.G.Egan研究了飞机以及军事伪装车辆的偏振特性[8 9]。研究表明利用偏振成像可以有效地消除背景噪声,提高图像对比度。本文在可见光和近红外波段对不同颜色的伪装网进行了偏振测试,研究了伪装涂层和背景的偏振散射特征。 1 偏振遥感侦察原理光的偏振状态可以有几种表示方法,偏振遥感中常用的是Stokes矢量法[10 11]。一束光的偏振状态可以由4个Stokes参数表示,分别为I,Q,U,V0每个Sto kes参数都可用光强度表示,能够直接测量,定义 I= E2x(t)+ E2y(t)(1) Q= E2x(t)- E2y(t)(2) U=2 E2x(t) E2y(t)cos[ y(t)- x(t)](3) V=2 E2x(t) E2y(t)sin[ y(t)- x(t)](4)式中:E x(t),E y(t), x(t), y(t)分别表示在x和y方向上电场的振幅和相位; E(t)的含义是求电场强度的时间平均值。通过Sto kes矢量可以定义偏振度P和偏振角分别为 P=(Q2+U2+V2)1/2/I(5) =(1/2)arctan(U/Q)(6) 目标表面的反射光和透射光满足Fr esnel定律 E(r)s=-sin( i- d) sin( i+ d) E(i)s(7) E(t)s=2sin d cos i sin( i+ d) E(i)s(8) *收稿日期:2007 08 15; 修订日期:2007 12 24 基金项目:国防科学技术大学科研计划项目(JC07 01 03) 作者简介:张朝阳(1980!),男,博士,从事偏振遥感和伪装隐身技术的研究;zhangcy_n udt@https://www.360docs.net/doc/e817352437.html,。

卫星偏振遥感的云光学特性分析及主要参数反演研究

卫星偏振遥感的云光学特性分析及主要参数反演研究云对气候变化有重要影响,但目前对云影响气候的机制的认识还很不足。云参数的准确反演能为大气环流模式(General Circulation Models,GCM)提供可靠的输入参数,有助于准确了解云在气候变化中的作用。我国已经成功发射的高分5号卫星(GF-5)搭载有大气气溶胶多角度偏振成像仪(Directional Polarization Camera,DPC)。DPC 可以对云进行多角度观测,同时获取云的强度辐射和偏振辐射,为云参数反演提供更多有效信息,提高云参数反演能力。论文基于DPC载荷自身特点,开展云光学厚度、云顶高度反演研究。主要完成以下几方面工作:(1)利用670nm和865nm波段反演云光学厚度利用矢量辐射传输模式RT3,模拟分析有云(冰云和水云)大气顶670nm和865nm波段的反射率和偏振反射对云光学厚度变化的敏感性。结果表明,可以采用此两个波段反射率反演云光学厚度。模拟分析地表反射率、气溶胶光学厚度、云散射模型及有效粒子半径对云光学厚度反演结果的影响,其中冰云散射模型分别采用 GHM(General Habit Mixture)、 SC(Solid Columns)、ASC(Aggregates of Solid Columns)三种模型,水云散射模型假设为水滴模型。结果显示:地表反射率对云光学厚度反演结果影响较大;气溶胶模式对云光学厚度反演结果影响很小;气溶胶光学厚度对薄云光学厚度反演结果影响较大,对厚云影响较小; 云散射模型及有效粒子半径的变化均会影响云光学厚度的反演结果。构建了云光学厚度查找表,并设计基于查找表的云光学厚度反演算法,其中670nm波段用于反演陆地上的云光学厚度、865nm波段用于海洋

气溶胶与云相互作用的研究进展

第23卷　第3期2008年3月地球科学进展 A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C E V o l.23　N o.3 M a r.，2008 文章编号：1001-8166（2008）03-00　-10 气溶胶与云相互作用的研究进展* 段　婧，毛节泰（北京大学物理学院大气科学系，北京　100871）摘　要：气溶胶和云在气候系统中扮演着重要角色，近年来随着人们对它们重要作用的深入认识，气溶胶与云的相互作用也逐渐成为气候研究的一个重要方向。对该领域的研究方法和近20年来国内外的相关研究做了全面回顾。飞机观测、卫星观测、以及观测和模式模拟相结合3种研究方法被主要应用于该项研究。大量观测和模拟都证明了气溶胶对辐射、云滴以及降水的影响；云凝结核作为气溶胶和云相互作用过程中的重要环节，近些年在观测技术上有了较大进展，对相关理论的研究也随着观测水平的进步有了较大发展。我国在该领域的研究也从单一的观测资料分析逐渐转向模式模拟、多种方法综合分析。最后结合国内外研究进展，对该领域未来的发展进行了展望。关　键　词：气溶胶；云；相互作用；气溶胶间接效应；云凝结核中图分类号：P426．5 文献标识码：A 1　引　言气溶胶是大气中一种重要的微量成分，它是许多大气化学过程的媒介或终端产物。尽管气溶胶的研究已经进行了几十年，但是它仍然是气候变化中最不确定的因素。伴随着矿物能源的消耗，人类向大气排放硫氧化物和氮氧化物，这些物质不但导致酸沉降，而且还能和其它人类活动排放的物质在大气中形成气溶胶。实际大气气溶胶的成分非常复杂，它可以通过吸收和散射太阳辐射而直接影响地气系统的辐射平衡，即直接辐射气候效应。另一方面，气溶胶粒子又可以作为云的凝结核影响云的光学特性、云量以及云的寿命，产生间接效应。目前对间接辐射强迫估计的不确定性很大［1］，而且对云本身的辐射特性的了解也还不是很全面。因此，气溶胶－云－辐射间的相互作用情况既是气候系统最不确定的因素之一，也是当前气候研究和预测中的难点问题［2］。本文简要介绍了气溶胶与云的相互作用原理及其国内外主要研究进展，并对我国未来气溶胶与云相互作用的研究重点和难点进行了展望。 2　气溶胶与云的相互作用 2.1　气溶胶与云相互作用过程气溶胶的间接辐射强迫作用表现为气溶胶与云的相互作用，具体来讲就是气溶胶可以通过参与云中的微物理过程来改变云的物理特征，从而改变其辐射特性。通过近些年的研究，这种间接辐射强迫主要可以描述为两类间接效应（图1）。第一类间接效应也称T w o m e y效应，指气溶胶增加使云中云滴数量增加，减少云粒子半径，从而增加云的反照率（它依赖于气溶胶的吸收特性和光学厚度）；第二类间接效应也称为“云的生命期效应”或“A l b r ec ht效应”，是由人为气溶胶增加引起粒子半径的减小，从而抑制降水，使云的生命时间发生变化［3］。另有新近的研究提出一种气溶胶对云的半直接效应（s e m i-d i r ec t e ff ec t o n c l o ud）：吸收性气溶胶也可以通过云的半直接效应来使地面变暖［4，5］，在这种效应的作 *　收稿日期：2007-11-12；修回日期：2008-02-20. *基金项目：国家自然科学基金项目“华北地区大气气溶胶与云凝结核的飞机观测及其云物理效应的初步研究”（编号：40475003）；国家重点基础研究发展计划项目（973）“中国大气气溶胶及其气候效应的研究”（编号：2006 C B403706）资助. 　作者简介：段婧（1981-），女，河北石家庄人，博士研究生，主要从事气溶胶及其气候效应的研究. E-m a i l：d u a n j i ng＠p ku. e du. c n

大气气溶胶相关研究综述

摘要近日，环保部公布了我国第一部综合性大气污染防治规划——《重点区域大气污染防治“十二五”规划》。事实上，随着大气污染给人民生活带来的不便增多，人们空前关注大气科学进展以及PM2.5治理的理论依据。本文将从三个方面对大气气溶胶的研究做出总结和分析：大气气溶胶的基本特征，大气气溶胶的气候效应，国内外相关的大气气溶胶研究计划。关键词：大气气溶胶；气候效应；环境健康；研究综述前言气溶胶是指长时间悬浮在空气中能被观察或测量的液体或固体粒子，其实际直径一般为0.001～100μｍ，动力学直径为0.002～100μｍ，对人体、环境、气候等产生着重要的影响。 [4] 由于大气气溶胶在气候、环境等方面的重要作用，近年来越来越引起科学界的重视。很多过程可以产生气溶胶，根据来源可分为自然气溶胶和人为气溶胶。自然源主要是海洋、土壤和生物圈以及火山等；人为源主要来自化石燃料的燃烧、工农业生产活动等。工业革命以来，人类活动不仅直接向大气排放大量粒子，更重要的是向大气排放大量的SO2和SO X，NO2和NO X在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐和硝酸盐粒子，形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶自工业革命以来有大幅度增加。来自自然源的气溶胶如沙尘，也由于人类活动利用土地变化而发生着改变。尽管气溶胶只是地球大气成分中含量很少的组分，但由于其在许多大气过程中的重要作用而日益受到重视。随着环境污染问题的发展，人们已认识到大气气溶胶自身的污染特性与其物理化学性质以及在大气中的非均相化学反应有着密切的关系。[5] 气溶胶还与其他环境问题如臭氧层的破坏、酸雨的形成、烟雾事件的发生等密切相关。此外，气溶胶对人体和其他生物的生理健康也有其特有的影响。[1] 由于气溶胶的气候效应问题，气溶胶再次成为国际学术界的研究热点之一，大气气溶胶是当今大气化学研究中前沿的领域。国际大气化学研究计划（IGAC）科学指导委员会于1994年将国际全球大气化学研究计划和国际气溶胶计划（ICAP）合并重组，大气气溶胶研究被列为3大研究方向之一。大气气溶胶的研究内容，发展到包括物理和化学的性状、来源和形成、时空分布、对气候变化和环境质量的影响以及对大气化学过程的影响等多方面、多层次的综合研究，也涉及到大气科学的各个领域，具有很强的综合性。

气溶胶力学

课程名称：气溶胶力学

一、绪论研究气溶胶粒子的形成、运动、沉降和凝并的科学成为气溶胶力学。其研究内容对人类的生产和生活有着重大的影响。自然界中云的形成对气候的影响；水蒸发凝结而降雨；风所造成的固体颗粒的迁移与沉积；风对植物花粉的传播以及空气中微生物的散布等都是气溶胶力学的研究内容。气溶胶的形成对人们的生产和生活有着有害和有利的双面，如一些尘粒会造成呼吸性疾病，生产过程中尘粒的发散会对产品的质量造成影响；但是，液体燃料在燃烧前喷成雾状以及固体燃料在燃烧前磨成粉末可以提高燃烧效率。目前，研究气溶胶粒子的沉降过程比研究粒子的形成更有意义。控制粉尘污染的方法和手段是多样的，一般有重力式、惯性式、离心式、纤维过滤式、织物过滤式、静电式以及各种湿式除尘设备。而气溶胶力学所研究的内容是他们手机气溶胶粒子的机理以及在收集过程中气流的流场和能量损失。气溶胶力学的研究内容是气象、环境保护、劳动保护等科学的理论基础。为除尘净化的目的，从气溶胶粒子的物理性质及其运动；气溶胶粒子的空气动力捕获、扩散运动与沉降；气溶胶粒子的凝并、经典沉降以及气溶胶粒子的其他沉降机理讲解。二、当前气溶胶科学发展动向在应用方面,气溶胶工程技术发展很快。首先,微电子这一尖端高技术的发展,要求超纯净的工作环境,例如,在大规模和超大规模集成电路超纯净工作室,要求空气中所含气溶胶粒子浓度低于每立方英尺个粒子。因此,气溶胶粒子的过滤与分离的间题,以及超微量粒子浓度的测量问题,就成为当代气溶胶研究中的重大课题。另外一个气溶胶工程技术的新发展,是利用气溶胶技术制备新材料。这是一个引人注目的气溶胶科学与材料科学交叉的新发展。按照人们预先规定好的力学性质、光学性质和电学性质来制备新材料,本来是材料科学的一个中心课题现在气溶胶科学深入到这一领域,与材料科学相互交叉、相互合作,就出现了一些技术上最激动人心、科学上最富挑战性的新的人工合成物。例如氧化物与非氧化物,以及金属粉末等,被烧结成不同形状,不同大小的新的固休材料。这之中有低温超导体材料,人造金刚石薄膜、碳黑、二氧化硅、二氧化铁、硅、碳化硅、光导纤维、汽车钢材、磁带与录相带上的薄膜、感光片薄膜等。这些新材料正以其高纯度、低成本而令人瞩目。

对地遥感中的光谱偏振探测方法研究解析

对地遥感中的光谱偏振探测方法研究乔延利杨世植罗睿智王乐意荀毓龙 (中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽230031 摘要简要分析了遥感偏振探测与现行的遥感强度探测在物理含义方面的区别,并举例说明了偏振遥感信息在表达暗目标(或低照度和人工建筑目标方面有更丰富的内涵。从物理数学方法上简要归纳了遥感偏振信息的处理解译过程。给出了一种航空光谱偏振CCD 相机的主要技术指标设计,并与法国的POLDER 偏振仪进行了类比。关键词偏振探测,遥感技术,应用基础 0 引言遥感技术的基础是物体对电磁波所呈现的特性(包括波谱强度和偏振特性以及物体本身的几何特征的描述。目前,遥感利用的信息主要集中在电磁强度特性和几何特征,但是偏振完全可以作为遥感的另一维更有价值的信息来源,从美国航天飞机带回地面的几百幅地球偏振图像充分证明了这一点。同非偏振测量相比,偏振测量能得到更多易于区分目标的特征信息。偏振状态对于识别不同的地面目标(如自然地物和人工设施、大气气溶胶、云层等,都是极有价值的潜在信息。特别是对反射辐射强度对比度低的表面,利用偏振数据亦能有效地识别 [1,2] 。 30多年前就有人从理论分析中得到,在高空或卫星的侦察成像系统中使用偏振分析可以明显改善由于大气中Rayleigh 散射和Mie 散射引起的对比度降低现象,这些也只是考虑了大气的偏振特性。对于自然表面和人工目标,反射辐射的偏振特性取决于其表面的固有属性,如其介质特性、结构特征、粗糙度、水分含量等,还与观察角和辐照条件有关。除了偏振特性能在特殊背景和条件下提高目标的识别率外,对于辨别人为模拟制造的假目标和伪装有

独特的区分能力,这是因为与真实目标相比两者有本质的区别。从物理意义上讲,任一目标表面在给定波长上发射或反射的非相干光束可以应用4个斯托克斯参量(Stokes来全面描述。第一个斯托克斯参量I 是辐射总强度的度量,也是目前光学等遥感探测普遍使用的参量。第二个斯托克斯参数Q 是用于计量水平方向的线偏振量,第三个斯托克斯参数U 用于计量与水平夹角45 的线偏振量,Q 和U 等同于偏振度P 和偏振角 ,这正是来自目标自身的最本征的辐射信息偏振辐射信息。到目前为止,这些最本征的信息尚未得到充分的应用,从最新的资料分析可以看出,偏振信息将是21世纪初遥感信息应用研究的热点。从实际应用上来讲,对于地球表面和大气中任何目标,在散射、反射和透射电磁辐射的过程中,都会产生本征性质所决定的偏振信息,这种信息在有效识别非自然目标和研究全球大气过程中具有重要的实用价值。因此,应用偏振信息在研究确定大气气溶胶粒子尺度、化学组成以及总量方面有明显的作用,这些应用不仅针对气象等用户,也极有可能发展成为一种大气污染的有效监测方法。偏振信息能区分冰云和水云,有助于研究高空运载火箭的飞行影响及气象要素。由于偏振信息与地物目标的结构、化学成份、水份含量、岩石中的金属含量等有关,这对于研究水旱环境、土壤墒情、侵蚀等有着广阔的应用前景,也可以用于研究植被生长、病虫害,农作物的估产等。

外文文献翻译-：上海冬季亚微米级气溶胶吸湿性增长特性说课讲解

冬季上海地区亚微米级城市气溶胶的吸湿性增长摘要：吸湿性增长因子和混合状态的信息对理解被严重污染的长三角地区的雾的形成机制具有重要的作用。在此研究了环境气溶胶的吸湿性增长。用HTDMA测量了复旦大学校园中粒径在30-250nm的干粒子的吸湿性增长因子，研究两种模式化的表面混合物。较少吸湿组在85%的相对湿度下的吸湿性增长因子为1.10。较少吸湿组的平均数部分在0.33-0.17范围内呈现多样化，随着干粒子的尺度的增长有轻微的减少。较多吸湿组的吸湿性增长因子显示出爱根核与积聚模态的粒子有显著的不同。爱根核为接近1.3，而积聚模态为1.4以上。在以硫酸铵盐为基础的模式中，较多吸湿组的吸湿体积增长分数在0.47-0.70这个范围内，而且爱根核和积聚模态的粒子的吸湿性增长分数的界限很清晰。以相对湿度测试为背景的吸湿性增长不仅显示出潮解相对湿度决定于粒子大小，同时也显示出硝酸盐粒子的增长最初是由硫酸盐的凝结提升的。结果也表明了大多数积聚模态的粒子在有雾的情况下都会潮解。 1前言：近20年来，随着经济的快速增长和城市化进程的加快，中国超大城市的空气污染问题越来越受到关注。由化石燃料燃烧排放的一次污染物和由光化学氧化和多相反应而来的二次污染物对城市居民的环境和健康造成了极大地威胁。雾这种能见度小于十公里的现象是由于高浓度的微粒排放造成的。长江三角洲是中国四大雾区之一。作为长三角的经济中心，上海为国家GDP做出了4.6%的贡献。作为全国最大的超大城市，上海有1800万的常住居民和280万的流动人口（Geng等人，2008）。由当前研究为基础做出结论，上海雾天能见度的下降主要是由于PM2.5浓度升高造成的（Fu等人，2008）。很多因素影响着大气能见度，比如化学组成、粒子大小的贡献、气溶胶的构成和气溶胶的混合状态。水相、海盐和矿物尘埃的参与促进了硝酸的吸湿反应。N2O5在对流层表面的水解（Dentener和Crutzen，1993；Mongili等人，2006），硫酸盐在有雾状态下的组成（Tursic等人，2004）。环境气溶胶的吸湿增长会改变粒子大小和光学特性（Gasso等人，2000；Kotchenruther等人，1999；Swietlicki等人，1999）。作为相对湿度RH的功能之一的光散射性质是衡量大气气溶胶直接影响气候的衡量参数之一,有些人已经试图将吸湿性增长因子包含到全球气候模型中去（Boucher 和

偏振成像研究综述

偏振成像研究综述西安工业大学光电工程学院学生：刘彬彬指导老师：高明摘要：偏振成像技术是光学领域得一项新技术，国内外十分重视对该技术及其应用的研究。地球表面和大气中的目标在反射、散射、透射及发射电磁辐射的过程中，会产生由它们自身性质决定的特征偏振。由于大气及地物光谱辐射的偏振敏感性，又由于偏振特性与物体的表面状态和固有属性密切相关，加上不同种类的目标具有不同的偏振特性，使得偏振成像逐步发展成地基、航空和卫星观测的新技术手段。在全球气候变迁研究，对地遥感探测和天文研究等领域得到应用。根据不同探测目标，从偏振分析机制和偏振信息获取模式等方面介绍了光学偏振成像技术的研究进展，并结合国内外相关领域偏振成像实验研究结果，描述了偏振成像技术在大气、自然地物、人工目标、医学诊断以及天文学探测领域的应用基础研究情况，最后总结和展望了偏振成像技术的问题和发展趋势。关键字：偏振成像技术；特征偏振：遥感探测。 1 引言光波的信息量是非常丰富的。依据光波的电磁理论，光波包含的信息主要有：振幅（对应于光强），波长（频率），相位，偏振态。通常的光辐射成像是获取目标的光谱，辐射强度及空间状态等信息，用于反演目标性质参数。但是，从电磁波的横波性质来看，偏振或称极化也是电磁波的重要特征之一。偏振特性与物质性质密切相关，是遥感需要获取的主要信息参数。在光学波段，无论是可见还是红外谱段，不同目标都具有各自一定的偏振特性。偏振参数能够很好的表征被探测目标的性质特征。因此，人们将光学遥感与偏振测量技术相结合，促进了偏振成像技术的发展。传统的遥感方法获取的信息主要是电磁强度特征和几何特征,而偏振特性取决于其表面的固有属性，如其介质特征，结构特征，粗糙度，水分含量等，还与观察角度和辐照条件有关，正是由于偏振测量同非偏振测量（通常为光强测量）相比能获得与物质自身特性相关的偏振信息，所以，通过解析目标的偏振信息可以更加容易的识别目标，同时由于偏振测量所具有的上述优点，它在云和大气气溶胶的探测、地质勘探、海洋开发、农牧业发展和军事等相关领域都具有重要的应用价值。同时，传统偏振成像一般采用被动工作方式，具有隐蔽性好的优点，但成像效果和距离均受到气象条件、目标温度对比度和天空背景照度等因素的限制。激光照明偏振成像技术克服了被动成像的缺点，在远距离暗目标探测和水下探测方面有着重要的应用。相对于被动成像而言，主动成像不依赖目标自身辐射(热成像)和目标对太阳或月亮等次光源的反射(可见光或近红外成像)，而是依靠仪器自身(激光雷达)发出激光作为照明光源，由被探测目标反射或散射光子来提取目标的信息。所以激光照明偏振成像技术不受气象条件、目标温度及背景照度

大气气溶胶研究进展

大气气溶胶有机成分研究进展【摘要】有机物是大气气溶胶的重要组成部分，尤其是在细颗粒中，可占其干重的10% ~ 70%。由于有机气溶胶的健康及气候效应，有机物的组成、源分布、颗粒行为等的研究越来越受到人们的重视。其中，有机物成分的鉴别和定量已成为近年来的研究热点。在分析中，就目前有机气溶胶的采样、有机成分提取、分离及定性、定量分析方法进行了综述，并比较了各种方法的优缺点。【关键词】气气溶胶有机成分采样提取与分离定性与定量分析由于气溶胶中有机物的人体健康效应、气候效应和环境效应，有机气溶胶的研究已经成为近年来的热点问题之一。有机物在大气中广泛存在，是气溶胶的重要成分，但是其含量变化很大，比如在美国东部城市和农村地区，有机物占大气气溶胶细粒子质量的30%；而在美国西部城市中则高达30%～80%[1]。根据其化学组成、溶解性及热力学性质，有机物(有机碳) 分为水溶性有机碳(WSOC)、水不溶性有机碳(WINSOC)、挥发性有机碳(VOC)和不挥发性有机碳(NONVOC)[2]。大气气溶胶有机颗粒物的粒径大部分在0.1～0.5m之间,主要以积聚模态形式存在，难以被干、湿沉降去除，主要通过大气的流动带走, 或者通过自身的布朗运动扩散除去，所以在大气中的滞留时间较长。气溶胶中的有机成分含有许多对人体产生“三致”作用(致癌、致畸、致突变) 的物质，如多环芳烃和亚硝胺类化合物等。这些物质中有70%～90%分布在粒径Dp<35μm范围内，易于进入肺的深处并沉积,从而引起癌症的发生,导致肺的损伤。表1[3]列出了目前在大气气溶胶中所检测到的或预测存在的有机化合物的分类情况。从表1 可知，很多化合物具有较高亲脂性，甚至是疏水性的[3]，这类化合物使得液滴中水的含量降低，液滴的粒径变小。而较小的液滴在大气中沉降速度变慢，减少了降雨量。另一类是水溶性有机物(WSOC)，尤其是有机酸(如一元、二元羧酸)，它们的蒸汽压较低，极易富集在气溶胶颗粒物表面并生成盐，形成凝结核，从而增强了云的反射，并且使雨水的酸性增强。

气溶胶测量笔记

1.4.5 总悬浮颗粒物（TSP）能悬浮在空气中空气动力学当量直径≤100微米是大气质量评价中的一个通用的重要污染指标总悬浮颗粒物的浓度以m3空气中总悬浮颗粒物的毫克数表示，用标准大容量颗粒采样器在采样效率接近100％滤膜上采集已知体积的颗粒物，恒温恒湿条件下，称量采样前后采样膜质量来确定采集到的颗粒物质量，再除以采样体积，得到颗粒物的质量浓度。在一般大气压条件下，热迁移力或热迁移速度取决于粒度，即意味着较小的粒子会先沉降下来。所以当粒度超过2微米时，热沉降器的收集效率受到影响。过滤采样：使气体通过一种介质使其中的粉尘与气溶胶分开。方法：Soxhlet过滤器可溶性采样滤膜糖滤膜萘滤膜（采样后加热时萘挥发）四氯酚酞结晶可溶性滤膜 1.4.6 样品分离淘析器和气溶胶离心机前者：利用重力，根据粒子沉降速度与气流速度的差异，依据粒度将其分离。后者利用离心力 1.4.7 CNC 凝结核子计数器：即膨胀技术器的前身，后来人们开始使用光电膨胀型仪器。以至于后来在综合电学实验室内研发自动光电凝结核子技术器。 1.4.8 超显微镜光学粒子计数器由丁达尔现象受到启发，即在可见先以下的粒子是可以被观察、计数和测量的。除了超倍显微镜以外，浊度计、丁达尔仪和光学粒子计数器的发明也基于此。利用粒子散射出的光进行观察。 1.4.9 矿物和化学气溶胶的分析矿物粉尘：成分是石英和其它硅酸盐类以及重金属。方法：比重计、滴定法、色度计、光度计、极谱记录仪和X射线衍射。X成为国际标准方法。 1.5 纤维气溶胶的测定石棉，是第一个纤维气溶胶的来源，它可以扩散进入工作场所空气和大气环境中。20世纪60年代确定了它与肺癌之间的效应关系，吸入到人体的石棉粉尘可以致癌。最早的测量方法：样品停留在滤膜上，在真空条件下镀金使其具有导电性，在扫描电镜（SEM）下可以测量直径大于等于0.1微米的纤维。后来的TEM（透射电子显微镜）是唯

大气气溶胶中重金属元素的环境监测与分析研究进展综述

大气气溶胶中重金属元素的监测与分析研究进展综述薛丹（北京大学深圳研究生院环境与能源学院10级硕士1001213258）摘要：由于大气气溶胶中的金属元素对环境污染严重、对人体健康威胁极大，因此在环境监测与分析领域也越来越受到研究者的重视。在综述了气溶胶重金属元素的来源、分布特征以及迁移转化特征的相关内容与分析方法之后，又对其采样、前处理以及浓度测量仪器方法进行了归纳总结，最后对大气气溶胶中重金属元素的研究方向进行了展望。关键词：气溶胶；重金属元素；来源；分布；迁移转化；检测方法 1. 引言大气颗粒物是大气环境中组成最复杂、危害最大的污染物之一，而其中的痕量金属则是最大的污染源之一。重金属一旦进入环境体系就成为永久性潜在污染物质，其在环境中的转化通常只涉及不同价态间的转变，不能被微生物分解，只会在生物体内富集，并通过食物链危害人类健康。[1]而且，重金属污染物所具有的不可降解性和长期存性也会对环境构成极大的潜在威胁。[2]在城市中，大气污染主要来源于土壤扬尘、燃煤排放、工业粉尘、汽车尾气等，它们分散并悬浮在大气中，对人体危害极大。因此研究大气颗粒物的化学组成，特别是重金属元素的组成、含量、迁移转化与分布特征，对研究大气污染[3]、气溶胶与人体健康的关系以及气-海物质循环交换[4]具有重要的基础意义。此外，重金属元素通常都有其独特的来源，可以作为气溶胶颗粒的示踪元素，揭示气溶胶颗粒的来源[5]。 2. 大气气溶胶中重金属元素的来源分析大气气溶胶中重金属元素的来源主要分为两种，一种是自然源，一种是人为源,而来源分析方法一般有聚类分析(HCA)、化学质量平衡(CMB)、因子分析(FA)、多重线性回归分析（MLR）、富集因子法(EF)等,其中聚类分析和富集因子法是常用的重金属来源研究的分析手段[6]。元素的富集因子是双重归一化数据处理的结果，常用来进行大气中痕量金属来源的判定，其计算公式为： E f = (C i / C r) a /(C i / C r) b 其中Cr是选定的参比元素浓度，Ci是样品中元素浓度，a代表气溶胶颗粒中元素浓，b代表地壳中元素浓度。[7]目前已有不少对于气溶胶中重金属元素的来源研究，如Chan等[8]的研究认为最好以当地土壤而非地壳平均物质为参考物质计算富集因子；杨建军等[9]对太原市大气颗粒物中金属元素的富集特征的研究表明，对人体危害较大的金属元素主要富集在直径≤2.0μm的细颗粒中，Pb、Cu、Zn、Se、As等主要来自人为污染，Al、Fe、Ca等主要来自自然来源；吉玉碧等[10]选用地壳中普遍存在，人为污染源较小，化学稳定性好且易挥发的Al、Fe、Mn作参比元素来计算贵阳市气溶胶中金属元素的富集因子，结果表明：Cu、Pb、Zn为富集元素，Pb可高达100倍，这与人为排放源有密切关系，而Al对Fe、Mn，Fe对Al、Mn，Mn对Al、Fe基本上不富集，是由自然过程输入。徐宏辉等[7]选取地壳风化元素Al作为参比元素，计算出北京市气溶胶中Ca、Fe、Al、Mg、Ba、Sr和Zr主要分布在粗粒子中，土壤风沙尘和建筑尘是重要的排放源。K、Pb、As、Cd主要分布在细粒子中，生物质燃烧和燃煤等是重要的排放源。李犇等[11]对北极考察沿线气溶胶中金属元素富集因子进行了计算，结果表明，楚科奇海、日本海和白令海等海域元素的富集因子很接近。Fe、Co、Ni、As、Sb、W、Mo、Mn和Ca与地表的风化关系密切，为地壳源元素；Ca、Mg总体为海洋源元素，主要来自海洋；Pb、Zn、Cd、V和Cr相对地壳和海洋均为富集元素，主要可能来自矿产冶炼、工业排放、燃煤和燃油等人为污染源。此外，还有学者利用主成分分析法（聚类分析法中的一种）来对大连市区大气颗粒物中重金属

中国大气气溶胶气候效应研究进展

李明华，范绍佳中山大学大气科学系（510275） Email:lmh20000@https://www.360docs.net/doc/e817352437.html, 摘要：全球和区域气候变化是当今各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题。本文总结了二十世纪九十年代以来我国科学家在大气气溶胶气候效应研究方面的一系列成果，讨论了未来研究的主要难题及研究方向。关键词：中国；大气气溶胶；气候效应 1.引言全球和区域气候变化是当前各国政府和科学界关注的重大问题。大气气溶胶作为影响气候变化的一个重要因子，引起了全球科学界的重视,是当今国际科学界的热门研究话题[1-4]。大气气溶胶是指大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，习惯上用来指大气中悬浮的10-3～101μｍ固体和液体粒子。大气气溶胶对气候的影响主要通过两种方式：一种是大气气溶胶粒子通过吸收和散射太阳辐射改变地-气系统的能量收支，直接影响气候；另一种是大气气溶胶粒子作为云凝结核（CCN）改变云的光学特性、分布和生命期，间接影响气候。理论上,只要知道大气气溶胶浓度时空分布的信息及其物理、化学、光学特性、尺度分布和大气含量的准确信息,便可精确计算其直接辐射强迫的大小。而实际上所缺乏的也正是对这些量和其变化过程的详细了解。因此,对其直接辐射强迫的估计只能是基于现有实验结果和观测资料基础上的理论数值模拟。模式结果表明，目前对人为大气气溶胶（硫酸盐、硝酸盐、煤烟、矿尘和生物大气气溶胶等）全球年平均直接辐射强迫的估值大体介于-0.3～-1.0W/m2 之间，不确定性是估值的两倍。由于理论上对云的夹卷和混合过程，以及大气气溶胶-云-辐射-气候之间的微物理和化学反应过程了解还很不全面，准确地估计大气气溶胶间接辐射强迫的大小是相当困难的。全球年平均间接辐射强迫估值介于0～-1.5W/m2之间，不确定性更大，还没有一个合理的中间估值[5]。大气气溶胶的气候效应比温室气体复杂得多，尽管大多数研究认为大气气溶胶对气候的影响与温室效应气体的影响是反向的，但二者不能简单抵消[6]。从二者寿命来看，对流层大气气溶胶的寿命只有几天到几周，它的辐射强迫作用集中在排放源附近，而且基本只影响北 - 1 -

遥感技术在环境监测中的应用

遥感技术在环境监测中的应用 [摘要]遥感技术比传统的环境监测技术和监测台站具有无可比拟的优越性, 遥感技术被广泛应用于环境各个方面。本文综述了遥感技术在海洋监测、大气监测和土地覆盖利用变化监测中的应用研究进展以及遥感技术存在的问题和解决对策以及展望。 [ 关键词]遥感技术; 环境监测; 应用 Application and Development Prospect of Remote Sensing Technology in Environment Monitoring Abstract: T he remote sensing technology with the incomparable superiority compared with traditional environment monitoring technology and monitoring stations has being widely applied in pollution monitoring of atmosphere, water quality and solid waste and change of land utilization type and ecological vegetation. T he paper reviews the application research progress and development prospect of remote sensing technology in the monitoring of atmosphere, water quality and ecological vegetation. Key words: remote sensing technology; environment monitoring; application 1 概述遥感是20 世纪60 年代发展起来的对地观测综合性技术[1 ] ,是一种应用探测仪器, 不需要与探测目标直接接触, 通过记录目标物体的电磁波谱, 从而分析解释物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。遥感技术让大面积的同步观测成为现实; 可以在短时间内对同一地区进行重复探测, 实现对地物的动态监测;其数据具有很强的综合性、可比性和经济性。 1992 年, 联合国世界环境与发展大会提出并通过以可持续发展作为世界各国共同接受的发展战略, 在大会上通过的“21世纪议程”的数百个项目中, 有相当一部分涉及到卫星遥感与地理信息系统技术[2 ]。全球《21 世纪议程》中还指出, 评价可持续发展的进度的方法是利用各种指标体系衡量经济、社会与环境的改变[2 ]。20 世纪90 年代以来, 遥感技术已广泛应用于环境监测、自然资源调查和动态监测、城市规划等各方面。其应用研究涉及的领域广、类型多, 既有专题性的, 也有综合性的, 包括农业生产条件研究、作物估产、国土资源调查、土地利用与土地覆盖、水土保持、森林资源、矿产资源、草场资源、渔业资源、环境评价和监测、城市动态变化监测、水灾和火灾监测、森林和作物病虫害研究等。至今它仍以多空间分辨率、多时相的遥感图像和数据使人们能够分析环境和自然资源等的时空变化规律, 推动人类和谐进步与发展。 2 遥感技术在环境各方面的应用 2. 1 在海洋环境中的应用

我对大气气溶胶研究的认识

我对大气气溶胶研究的认识 11长望2班20111373005 刘伟光虽然读了几篇有关大气气溶胶的文献，但是我觉得自己对气溶胶的认识还是有相当的局限性的，气溶胶与我们的生活息息相关。虽然气溶胶有许多环境方面的影响，比如说光化学烟雾，酸雨等，但是我觉得气溶胶的积极影响势必是比消极影响大的。气溶胶粒子是指悬浮在大气中的直径0.001~10μm 的固体或液体粒子。气溶胶粒子增加的直接效应是影响大气水循环和辐射平衡, 这两种过程都会引起气候变化。依照文献上所说，“气溶胶粒子能吸收散射太阳辐射和地气长波辐射, 但对太阳辐射的影响较大, 因而气溶胶增加对气候的影响主要表现为使地表降温; 气溶胶粒子是大气中最重要的云凝结核, 气溶胶子增加对水循环的影响, 一般也表现为使云滴数量增加, 其气候效应也是使地表降温。”，这样就牵扯到另一个我们敏感的问题，那就是全球变暖问题，全球变暖的原因不用多说，这是人们每天都在讨论的问题，尤其是我们气象人，可以说每门有关课程的老师都会把全球变暖的问题跟我们讲一遍。更何况，气溶胶粒子是大气中的主要凝结核，我们的降水离不开气溶胶粒子。试想没有降水，我们的日子会变成怎样。连年的干旱，

生灵涂炭。气溶胶的消极影响也是不容小觑的。“工业化革命以来, 人类活动不仅直接向大气排放大量粒子, 更重要的是向大气排放大量的二氧化硫, 二氧化硫在大气中通过非均相化学反应逐渐转化成硫酸盐粒子, 形成二次气溶胶。污染气体形成的大气气溶胶粒子自工业革命以来有较大幅度增加。”工业革命以来化石燃料的迅速消耗，尤其是燃烧效率较低的煤炭，使得大气中的气溶胶粒子含量不断增加，各种环境问题层出不穷。而现在我国的许多环境问题都与气溶胶息息相关，人类活动对气溶胶粒子的增加有着不可推脱的责任。反过来，气溶胶粒子又有对人类活动的反作用，“在城市大气中, 由于汽车尾气和燃煤排放出大量污染气体可通过气粒转化过程形成二次气溶胶,由于其粒子小、平均寿命长已对城市大气环境产生显著影响。首先微米级的气溶胶粒子对人的呼吸系统产生重要影响, 危害人类健康, 其次高浓度的气溶胶可以降低大气的能见度从而影响飞机的正常起落。”人类的生命健康这种头等大事正在被我们自己所摧残着，保护环境,抓紧对大气气溶胶的研究可谓是刻不容缓。综上所述，我发现仅仅从积极消极方面已经是不能来形容气溶胶了，这就是我对气溶胶研究的认识。

气溶胶的影响

气溶胶的影响气候：气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中，从而冷却大气，并会使大气的能见度变坏；另一方面却能通过微粒散射，漫射和吸收一部分太阳辐射，减少地面长波辐射的外逸，使大气升温。气候变化受到气候系统内部可变化性和外部因子（包括自然因素和人类活动）的共同影响，气溶胶的福幅射强迫效应是其中重要的外部银子之一，但目前对气溶胶气候效应的科学理解水平还相当低。最近Menon等利用美国GISS气候数值模式得到的模拟结果表明黑炭气溶胶吸收短波辐射，从而产生大气异常加热的直接影响，这种加热引起东亚中部大气的上升运动和南北两侧弃团的下沉，造成了我国东部地区夏季降水“南多北少”的变化趋势。Xu的工作却指出我国夏季“南涝北旱”的原因是工业排放的硫酸盐气溶胶显著减少了太阳辐射，陆地气温降低，使海陆温差减小，夏季风偏弱，进而造成我国夏季雨带位置偏南，气溶胶的气候效应仍是一个存在较大争议的额科学问题。东亚是全球硫化物排放较多的地区之一，今年来伴随着经济的高速增长有更多的含硫气体排入大气中，大量生成的硫酸盐气溶胶除了使环境恶化外，还可能对该区域气候造成一定影响，Li等认为中国四川盆地近40年来气温的变冷趋势可能与这一地区硫酸盐气溶胶含量的增加有关。Qian等利用一个简单的硫酸盐气溶胶辐射模式与区域气候模式（RegCM）耦合，模拟了东亚区域硫酸盐气溶胶的辐射强迫气候效应，发现硫酸盐气溶胶的直接，间接，辐射强迫对屈原气候都有影响，其中间接辐射强迫的作用较大。……中国东南部气溶胶增加将导致日照时数减少和日照强度降低，进而使夏季这一地区的最高气温降低。上述研究表明，城市工业发展使大量的工业废气排放至城市大气中，不仅严重地污染了大气环境，而且使空气浑浊度增大，特别是大气中的气溶胶大量增加，其直接和间接的辐射强迫将使得城市太阳辐射强度减弱，进而可能对区域气候产生影响。导致全球变冷的主要因子使大气气溶胶。除黑炭气溶胶可产生0.1W/m2的辐射强迫外，绝大部分气溶胶粒子（包括硫酸盐，硝酸盐一级矿物沙尘等）总的直接辐射强迫和间接辐射强迫（仅包括云反照率效应，见下）分别为-0.5W/m2和-0.7W/m2,二者总计达到-1.2W/m2,已经接近工业革命以来大气主要温室气体二氧化碳所产生的1.66W/m2气候变化辐射强迫。研究造成工业革命以来气候变化的驱动力（辐射强迫）以及预测未来的气候变化时，不但要考虑大气温室气体的变化，还要考虑其他强迫银因子特别是大气气溶胶的变化。由于大气气溶胶可以散射和吸收太阳短波辐射以及地球长波辐射，影响地气系统的辐射平衡（直接效应）；与此同时，他们还可以作为凝结核影响云的辐射特性以及作为反应表面影响大量化学反应的速度（间接效应）；因此，大气气溶胶大气辐射和气候变化的研究中占有重要地位。气溶胶粒子的辐射强迫机制主要有直接辐射强迫和间接效应，间接效应分为第一类间接效应（云反照率效应，或Twomey效应），第二类间接效应（云生命期效应），还包括冰核化效应，热力学效应及半直接效应。大气气溶胶通过上述直接，半直接与间接效应，影响地气系统的辐射收支并仅为影响地球气候外，气溶胶粒子的存在还将引起大气加热率和冷却率的变化，直接影响大气动力过程。沙尘的大气气溶胶还可能携带营养盐，当其沉降到海洋时会影响海洋初级生产力，影响辐射活性气体（例如CO2、CH4和DMS等）的海气交换通量，并进而影响全球碳循环，最终造成对地球气候系统的冲击。这些影响均可以归类于大气气溶胶的“间接气候效应”，他们可能是非常重要的，有关研究刚刚开始不久，难以给出任何定量描述。使情景变得更加复杂的还有，大气气溶胶不但可以吸收和散射太阳辐射，而且也可以吸收和散射红外热辐射；而这两种效应所产生的辐射强迫以及对气候的影响是完全不同的。总之，大

简述高光谱遥感及其进展与应用综述

高光谱遥感及其进展与应用综述摘要：高光谱遥感是20世纪80年代兴起的新型对地观测技术。文中归纳了高光谱遥感技术波段多、波段宽度窄，光谱分辨率高，数据量大、信息冗余，“图谱合一”等特点，具有近似连续的地物光谱信息、地表覆盖的识别能力极大提高、地形要素分类识别方法灵活多样、地形要素的定量或半定量分类识别成为可能等优势，简单介绍了高光谱遥感在国外及国内的发展情况。在此基础上，概述了高光谱遥感在植被生态、大气科学、地质矿产、海洋、农业等领域的应用。关键词：高光谱遥感；发展；应用高光谱遥感（Hyperspectral Remote Sensing）的兴起是20世纪80年代遥感技术发展的主要成就之一，是当前遥感的前沿技术。高光谱遥感在光谱分辨率上具有巨大的优势，被称为遥感发展的里程碑。世界各国对此类遥感的发展都十分重视，随着高光谱遥感技术的日趋成熟，其应用领域也日益广泛。本文系统地阐述了高光谱遥感及其发展的概况，并简要介绍了高光谱遥感技术的主要应用。 1 高光谱遥感孙钊在《高光谱遥感的应用》中提到，高光谱遥感是在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，利用成像光谱仪获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。[1] 高光谱遥感具有较高的光谱分辨率，通常达到10～2λ数量级。[2] 1.1 高光谱遥感特点综合多篇关于高光谱的期刊文章，总结高光谱具有如下特点：（1）波段多，波段宽度窄。成像光谱仪在可见光和近红外光谱区内有数十甚至数百个波段。 [3]与传统的遥感相比，高光谱分辨率的成像光谱仪为每一个成像象元提供很窄的(一般<10nm) 成像波段，波段数与多光谱遥感相比大大增多，在可见光和近红外波段可达几十到几百个，且在某个光谱区间是连续分布的，这不只是简单的数量的增加，而是有关地物光谱空间信息量的增加。[4] （2）光谱响应范围广，光谱分辨率高。成像光谱仪响应的电磁波长从可见光延伸到近红外，甚至到中红外。[5]成像光谱仪采样的间隔小，光谱分辨率达到纳米级，一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征。（3）可提供空间域信息和光谱域信息，即“谱像合一”，并且由成像光谱仪得到的光谱曲线可以与地面实测的同类地物光谱曲线相类比。在成像高光谱遥感中，以波长为横轴，灰度值为纵轴建立坐标系，可以使高光谱图像中的每一个像元在各通道的灰度值都能产生1 条完整、连续的光谱曲线，即所谓的“谱像合一”。（4）数据量大，信息冗余多。高光谱数据的波段众多，其数据量巨大，而且由于相邻波段的相关性高，信息冗余度增加。（5）数据描述模型多，分析更加灵活。高光谱影像通常有三种描述模型：图像模型、光谱模型与特征模型。 1.2 高光谱遥感的优势