塔克拉玛干沙漠地区气溶胶光学厚度卫星遥感产品验证

基于塔克拉玛干沙漠地区地基太阳光度计数据,系统验证2007～2008年星载多角度成像光谱仪(MISR)、中分辨率成像光谱仪(MODIS)和臭氧监测仪(OMI)气溶胶反演产品,旨在定量评估这些产品在我国沙漠地区的气溶胶光学厚度(AOD)反演精度。结果表明:MODIS/AOD的相关系数在4种产品中最高(0.91),OMI/AOD次之(0.87),其次为MISR/AOD(0.84),OMI/UVAI相关系数偏低(0.51)。MISR/AOD均方根误差(0.14)和平均偏差(-0.06)在4种反演产品中最低。与地基观测相比,MISR/AOD、MODIS/AOD系统偏低,OMI/AOD、OMI/UVAI系统偏高。在相同比较条件下(地基观测气溶胶光学厚度值限定在2.0以内),MISR的均方根误差和平均偏差在4种反演产品中最低,且相关系数也较高(0.84)。尽管存在诸多不同,但3种探测器气溶胶反演产品均能较好地展示该地区的气溶胶季节变化。塔克拉玛干沙漠春、夏季AOD较大,秋、冬季AOD相对较小。ngstrm波长指数的结果表明,春季(3～5月)最小(均值为0.11),夏季(6～8月)次之,秋季(9～11月)和冬季(12月至次年2月)较大(均值达到0.61),这表明在春、夏季气溶胶粒子偏大,秋、冬季气溶胶粒子偏小。此外,通过研究2000～2010年AOD年际变化表明,由于塔克拉玛干沙漠地区属于沙尘源区,气溶胶类型较为单一,所以总体来说,变化趋势不是较为明显。从反演结果来看,2003年的气溶胶含量为此10年中最高,年均值达到0.32;2005年的气溶胶含量在这10年中最低,年均值为0.28。     

郑州地下水均衡试验场的改建工程——主要测试设施与数据自动化采集

郑州地下水均衡试验场的改建,是由中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程中地下水均衡试验场的改建项目之一,由河南省环境地质监测院具体负责实施。科学技术的发展,为试验场观测数据采集的自动化奠定了良好基础。试验场数据采集需要自动化的有:3m高主杆气象站测试系统;太阳全辐射、太阳净辐射、太阳直射观测仪,E—601蒸发仪,5TM含水率、温度传感器,自动补水仪,负压测量仪。除后两项外,其他需要数据采集仪器已经市场化。后两项是作者的发明与实用专利。自动补水仪是用来模拟地下水位埋深的设备,它是以传统的马里奥特瓶补水原理为基础,采用控制电路使其可以自动补给因蒸发而消耗的水量,同时还可以记录降水的历时过程。负压测量是利用空气运动黏度约大于水运动黏度的15倍这一特性,即当水刚通过多孔瓷头时,气体不能通过多孔瓷头,据此设计了在包气带中能测定负压的传感器。数据采集则应用了惠斯登电桥平衡的补偿原理。由于控制、供电、采集数据的电缆过多,因此数据自动化采集系统应用了三级采集、逐级集成的方案。     

深海甲烷电化学原位长期监测技术及其在海洋环境调查和天然气水合物勘探中的意义

深海溶解甲烷浓度数据连续获取的方法技术,对于海洋环境和天然气水合物开发过程中甲烷扩散作用及通量的动态监测,具有重要的科学意义和实际应用价值。本文较详细地介绍了依据"海水脱气、气体样品定量输入、电化学高精度检测"技术思路,采用"增压排液整机系统控制的海水循环、减压稳流、气液分离、烃类组分高精度检测技术改进"方法,研发"深海甲烷电化学原位长期监测技术"的关键环节和技术方法。结合原位传感器在胶州湾港口为期94天底水长期监测实验获取的数据成果,对原位传感器的技术性能、数据质量、地质效果进行了研究评价。结果表明:(1)原位传感器量程甲烷指标达到0.01～10 000 nmol/L,灵敏度达到0.01 nmol/L,对烃类组分检测具有较好的稳定性和选择性;(2)监测水域溶解甲烷数值范围19.01～106.87 nmol/L,正常甲烷背景32.41 nmol/L,局部异常甲烷背景80.60 nmol/L,资料显示异常与污水排放过程对海水环境污染有关;(3)实测甲烷数据成果地球化学特征与胶州湾海域海水环境以往调查研究成果符合,证明了实测数据的客观性和科学性;(4)海试监测试验成果证明,原位传感器测试性能可靠、结构设计合理、设计思路科学,基本具备了海洋科学调查中对海水甲烷浓度数据获取的能力,在未来海洋天然气水合物开发过程中对甲烷扩散作用的动态监测及深海甲烷浓度通量的长期监测中,具有实际应用价值和科学意义。     

MEMS传感器在锚杆加固边坡监测中的应用研究

滑坡破坏各种建筑工程,严重影响了人民生产生活以及国民经济的发展。锚杆作为边坡治理的主要手段之一,其施工质量与锚固效果难以直接监测。随着微机电系统(MEMS)技术的兴起与不断发展,MEMS传感器具有体积小、造价低和精度高等优点,使其从常规监测手段中脱颖而出,为地质工程监测提供了新的可能。通过设计模型试验,基于MEMS传感器探讨锚杆对边坡的加固作用。试验采用天然河砂,通过撒砂法堆坡,边坡坡角为45°,分有锚杆加固和无锚杆加固2组。以降雨触发滑坡,将MEMS传感器布设在边坡内部,实现对边坡内部各点的加速度、角度和角速度的实时连续监测。研究表明:当未加固边坡蠕滑开始时,边坡内部和坡脚处的加速度与角度发生渐变,边坡后缘与表面处的加速度和角度变化不明显,表明边坡蠕滑主要发生在边坡内部与坡脚处;滑坡发生时,边坡内部与坡脚处的加速度和角度率先发生突变,边坡后缘与表面的参数随后发生突变,表明砂土坡破坏的瞬间,其内部与坡脚处先发生滑动,边坡后缘与坡面随后滑动,为典型的牵引式滑坡。采用锚杆加固后,边坡只发生蠕滑,边坡内部、坡脚处与坡面的加速度和角度有明显渐变,边坡后缘的各指标几乎无变化,表明降雨条件下,加固后的边坡发生整体蠕滑,边坡坡角降低,不发生破坏。MEMS传感器能够实现低成本、高精度的连续实时监测边坡蠕滑的渐变规律,捕捉到滑坡发生时运动的明显突变,对研究边坡的滑动机制及滑坡预警有一定的应用价值,在地质工程监测领域具有广阔的应用前景。     

光纤传感技术在覆岩“两带”高度探测中的应用

为准确地掌握工作面采动过程中顶板岩层破规律及其特征,获得相应的技术参数,消除突水威胁、保障煤层安全开采等煤矿防治水工作。运用分布式光纤监测技术可以在其长度范围内连续监测覆岩在开采过程中应力应变的分布及大小,获得煤层覆岩的变形规律。结果表明,这种监测方法的突出优点就是改变了传统的点式监测方式,弥补了点式监测的不足,实现了实时、长距离和分布式的监测目标。该技术在内蒙古某煤矿"两带"高度探测中取得结果和并行电法监测相互验证,证明了该方法的可行性。     

The first hours of the optical afterglow from the cosmic gamma-ray burst 030329

We describe the first results of our observations of the exceptionally bright optical afterglow from the cosmic gamma-ray burst (GRB) of March 29, 2003 (030329), with the 1.5-m Russian-Turkish telescope (RTT150) installed at the TUBITAK National Observatory (Turkey) at Mount Bakyrlytepe. RTT150 was one of the first medium-class telescopes pointed at the afterglow. The observations began as early as about six hours after the GRB. During the first five hours of our observations, the BV RI flux fell off exactly as a power law with the same slope ?1.19±0.01. Subsequently, in all of the BV RI bands, we observed the same increase in the power-law slope of the light curve to a value that was later recorded during the observations at observatories in the western hemisphere. The break in the power-law light curve occurs at t ? t ₀ ≈ 0.57 days (13.5 h) and lasts for about 0.2 days. Apart from this smooth decrease in the flux, the afterglow exhibited no flux variability. The upper limits on the variability are 10–1% on time scales of 0.1–1000 s, respectively. The BV RI spectral flux distribution during the first night of our observations closely corresponds to a power-law spectrum with a spectral index α=0.66±0.01. The change in the power-law slope of the light curve at the end of our observations is probably attributable to the deceleration of the ultrarelativistic jet to a gamma factor when its structural features begin to show up in the light curve. The radio, optical, and X-ray broadband spectrum is consistent with the assumption about the synchrotron radiation of the ultrarelativistic jet. This unique object continues to be observed with RTT150.     

A New Machine for Planarity Measurement of CCDs and Mosaics of CCDs

High quality CCD detectors are now being produced with 2048× 4096 square pixels, each 15 m on a side. Evenlarger detector areas are built with several CCDs mounted into amosaic. To be useful in an instrument the light must be in focuson all CCDs, requiring that all CCDs in a mosaic must typicallybe aligned within 30 micron of a flat plane. To achieve thisaccuracy in many cases the measurement and correction of the CCDalignment is necessary. One way allowing a surface measurement,even when the CCD is protected by a window, is to usetriangulation sensor. The principle of a triangulation sensor,its application and its implementation in a measuring machineare presented here.     

光纤和砂土界面耦合性能的分布式感测试验研究

地质与岩土工程领域中，变形监测一直是评价岩土体稳定性的一个重要指标，其时空演化规律可为工程设计与施工 技术参数优化、地质灾害预警阈值设定提供科学的依据。随着光电感测技术的不断发展，其在地质与岩土工程变形监测中 的作用越来越重要，然而分布式感测光纤与岩土体之间的耦合性对监测结果有显著影响，阐明两者间的作用机理成为该技 术应用的关键环节。文章在综合分析当前地质与岩土工程变形监测技术的基础上，开展了基于BOTDA感测技术的光纤—砂 土界面耦合性能拉拔试验，从试验结果和感测光纤特性两方面分析了感测光纤与砂土的耦合性及二者间的应变传递规律。 试验结果表明：除第一级拉拔外，数据拟合R2均在0.99以上，显示了光纤实测应变分布具有良好的规律性；由试验数据反 算得出的光纤弹性模量约为0.35 GPa，与给定值基本一致；通过感测光纤的F-S端和F-S尾关系，得出光纤—土界面作用过程 可分为全耦合、半耦合和相对滑动三个阶段。上述研究结果为分布式感测技术在各类地质与岩土工程变形监测中的应用提 供指导，同时为开展各类室内模型试验提供参考依据。     

CCD像感器莫尔效应研究

研究了ＣＣＤ像感器的莫尔效应，给出了ＣＣＤ产生莫尔条纹的光强分布特性方程，当满足一定条件时可获得用于计量的莫尔条纹。实验表明，用ＣＣＤ产生莫尔条纹方法简单，易于实现自动处理，有广泛的实用价值。     

Development of a Ground-Based LIF Instrument for Measuring HOx Radicals: Instrumentation and Calibrations

An instrument for measuringtropospheric OH/HO₂ radicals by laser-inducedfluorescence developed in our laboratory is presentedin detail. It is based on FAGE (fluorescence assay bygas expansion) technique and OH is both excited anddetected at 308 nm corresponding to its A-X(0,0) band.The alignment of the laser beam, the design of thesample gas inlet, and the devices for the fluorescencedetection are optimized so as to reduce the backgroundsignal while keeping the OH sensitivity as high aspossible. A thermalized position of the expanding gasbeam is probed in our system and we did not observe asevere decrease of the HO_x sensitivities under humidconditions. An optical fiber is used for deliveringthe laser light to the fluorescence detection cellmounted outside at a high position. Thus the laserbeam alignment is by far simplified and is made highlyreproducible, once settled properly. For thecalibration, two methods are employed: a system withlaser absorption measurements of OH and a system ofsimultaneous photolysis of H₂O and O₂. Thecalibration factors are compared well within thecombined uncertainty. Using the latter system, theconversion efficiency of HO₂ to OH by NO additionis measured to be around 90%. The detection limitsfor OH and HO₂ (S/N = 2) are estimated to be3.3 × 10⁶ and 3.6 × 10⁶cm^–3 at noon,respectively, with an integration time of 1 min. Theresults of test observations at our institute are alsopresented.