Direct radiative forcing of urban aerosols over Pretoria (25.75°S, 28.28°E) using AERONET Sunphotometer data: First scientific results and environmental impact

The present study uses the data collected from Cimel Sunphotometer of Aerosol Robotic Network（AERONET） for the period from January to December, 2012 over an urban site,Pretoria（PTR; 25.75°S, 28.28°E, 1449 m above sea level）, South Africa. We found that monthly mean aerosol optical depth（AOD, τa） exhibits two maxima that occurred in summer（February） and winter（August） having values of 0.36 ± 0.19 and 0.25 ± 0.14,respectively, high-to-moderate values in spring and thereafter, decreases from autumn with a minima in early winter（June） 0.12 ± 0.07. The Angstrom exponents（α440–870） likewise,have its peak in summer（January） 1.70 ± 0.21 and lowest in early winter（June） 1.38 ± 0.26,while the columnar water vapor（CWV） followed AOD pattern with high values（summer） at the beginning of the year（February, 2.10 ± 0.37 cm） and low values（winter） in the middle of the year（July, 0.66 ± 0.21 cm）. The volume size distribution（VSD） in the fine-mode is higher in the summer and spring seasons, whereas in the coarse mode the VSD is higher in the winter and lower in the summer due to the hygroscopic growth of aerosol particles.The single scattering albedo（SSA） ranged from 0.85 to 0.96 at 440 nm over PTR for the entire study period. The averaged aerosol radiative forcing（ARF） computed using SBDART model at the top of the atmosphere（TOA） was- 8.78 ± 3.1 W/m2, while at the surface it was- 25.69 ± 8.1 W/m2 leading to an atmospheric forcing of ＋ 16.91 ± 6.8 W/m2, indicating significant heating of the atmosphere with a mean of 0.47 K/day.     

海面散射对舰船编队电磁干扰影响的数学模型

从舰船编队的抗干扰需求出发,从海面散射对耦合途径的影响、海面散射路径和雷达波在海面上的反射特性3个方面建立起较为全面而系统的数学模型。首先结合镜像理论获取了海面散射的菲涅尔区,然后结合传统的＂四路径＂模型分析出舰船编队间电磁干扰的主要路径,最后结合海面的分形几何特性和海水的介电特性,推导出典型海况下海面的散射系数表达式。建立的数学模型不仅可以为舰船编队间电磁干扰的计算提供有力工具,还可以对遥感、海洋探测等多项技术予以理论支撑。     

华北地区紫外与可见光辐射在大气中的传输

根据对华北地区2年观测资料的分析以及实际天气条件下紫外辐射(UV)和可见光辐射(VIS)的经验模式,研究了UV、VIS在大气中的传输,得到了大气中物质成分与不同波段太阳辐射相互作用的不同特征和规律.结果表明,对于UV传输,水汽因子的重要性远大于散射因子;对于VIS传输,散射因子的重要性大于水汽因子.受水汽和散射因子衰减的影响,到达地面的UV、VIS表现出一定的地域特色,华北地区到达地面的UV、VIS均以散射因子的贡献为主,在紫外、可见光波段,散射因子的贡献分别为62.55%、95.76%.经水汽因子衰减到达地面的UV大于VIS,经散射因子衰减到达地面的VIS远远大于UV.整体上,华北地区SD/SQ(散射辐射/总辐射)年均值由南到北逐渐降低,地面UV、VIS由南到北逐渐增加.仅受水汽因子影响,华北地区损失于大气中的UV、VIS能量分别为19.30、16.54W.m-2;仅受散射因子影响,华北地区损失于大气中的UV、VIS能量分别为35.31、311.07W.m-2.华北地区UV和VIS的能量损失季节变化明显,并表现出由南到北减小的趋势.UV、VIS在大气中传输时,一部分能量被大气中的物质成分在化学和光化学反应中吸收和利用,这一能量影响到大气中的各种基本过程,在未来研究中应予以高度重视.利用能量方法并结合对测量数据的分析来研究大气中物质与辐射能量的相互作用,特别是能量在大气中的利用、分配、时空变化等是一种有效、客观的方法.UV对水汽的敏感性远大于VIS对水汽的敏感性,UV和VIS对SD/SQ的敏感性大于对水汽的敏感性.     

太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型

水体散射特性与水环境参数如悬浮颗粒及其浓度密切相关.利用Wetlabs公司研制的水体固有光学特性测量系统,于2006-10～2006-11对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量.在对水体散射特性分析的基础上,建立了太湖水体颗粒物后向散射系数的光谱模型.此外,利用后向散射率计算水体折射系数,根据折射系数的变化范围,将水中颗粒物的主导因子分为3种类型：①浮游植物主导;②无机颗粒物主导;③两者共同主导.在对散射系数与无机悬浮物、有机悬浮物、总悬浮物浓度相关性分析的基础上,针对颗粒物主导因子的不同,分别建立了散射系数与无机悬浮物浓度的乘幂关系模型.     

夏季太湖水体固有光学参数对光传输行程、积分平均余弦影响的研究

基于2006-07-29～2006-08-01于太湖采集的水体固有光学参数和部分水质参数,利用辐射传输的理论,研究了夏季散射对太湖水体中光传输行程的作用、散射和吸收对光场积分平均余弦的影响,并分析了其可能机制.结果表明,垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程和积分平均余弦呈现从西北向东南递增的趋势;垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程、水柱的积分平均余弦与叶绿素a、悬浮物浓度、有机悬浮物浓度及无机悬浮物浓度均呈非线性相关,其关系可用对数函数来描述.本研究对水体中光合有效辐射的环境效应、及建立生物-光学模型有着重要意义.     

复杂目标散射均值预估方法

目的对小于传统远场距离条件下目标散射特性均值进行测量。方法通过MLFMM软件仿真手段,给出舰船模型在自由空间的近场散射仿真与分析结果,包括随入射频率和探测距离的变化曲线。结果随着探测距离的缩减,舰船目标的近场散射与远场散射的差别较大,但二者的均值却较为一致。基于此,提出基于成像理论的定量预估均值方法,通过近场散射特性评估,所获得的结果与远场条件下的均值结果基本一致。结论仿真结果验证了该方法的准确性,提出的分析方法可为大型目标散射特性测量提供解决途径。     

饱和土半空间中地下圆形衬砌洞室对平面SV波的散射

在Biot饱和多孔介质动力学理论的基础上,利用Fourier-Bessel级数展开法,通过对含有衬砌洞室的局部场地进行波场分析,得到饱和土半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波的散射问题的解析解。经验证,本文得到的解可以退化为半空间单相介质的情况。通过与已有的单相弹性介质半空间中圆柱形衬砌洞室对平面SV波散射问题的解析解的对比,验证了此解的正确性。在解析解的基础上,数值计算给出洞口动应力集中放大系数,分析了入射频率和孔洞埋深对柱面上的应力集中因子的影响。     

乌鲁木齐冬季气溶胶散射吸收特性

采用积分式浑浊度仪于2012年1月在乌鲁木齐市中区和市北区对气溶胶的散射系数和吸收系数进行连续观测,分析了市中区与市北区气溶胶散射系数和吸收系数的变化特征,结合同期的相关气象资料对变化特征进行了讨论。结果表明,市中区和市北区气溶胶的散射系数、吸收系数具有相同的变化趋势。总体上呈"W"型;峰值分别出现在0:00和12:00前后,谷值则出现在5:00和17:00前后。散射系数远大于吸收系数,说明大气气溶胶的消光作用主要由散射作用完成。相对湿度与散射系数、吸收系数不具有显著相关性,而风速对散射系数、吸收系数影响较大,且对市北区的影响大于市中区。     

近地面NO_2浓度卫星遥感估算问题

对卫星遥感监测大气NO_2的差分算法涉及的科学问题进行了综述,包括去除大气散射和地表反射噪声影响、大气拉曼散射引起的Ring效应校正、不同大气成分分离和观测垂直归一化等问题。国际上通过剔除平流层NO_2获得对流层柱浓度产品,文章绕开平流层NO_2获取问题,提出了结合大气化学模式模拟的垂直廓线直接估算近地面NO_2浓度技术方法,以更好地满足环境空气质量的观测需求,阐述了几个影响NO_2反演精度的相关问题。