《生物氣溶膠雲團的紅外被動遙測定量分析方法研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由徐亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：生物氣溶膠雲團的紅外被動遙測定量分析方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐亮
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高致病性生物氣溶膠可隨空氣傳播，嚴重危害著生態環境和人類健康，而當前對生物氣溶膠的監測大多採用現場採樣後離線分析的方法,缺乏生物氣溶膠污染實時信息的獲取手段。鑒於此，本項目提出一種生物氣溶膠紅外被動遙測的定量分析新方法，針對傳統紅外遙測方法難以探測生物氣溶膠的紅外光譜特徵的問題，通過實驗和理論分析，研究不同散射背景下生物氣溶膠的紅外輻射特性，探索儀器效應、外界輻射和氣體吸收干擾導致光譜發生展寬和漂移等非線性變化的影響機制，構建生物氣溶膠紅外遙測輻射傳輸模型，在此基礎上，結合仿真生物氣溶膠消光係數，研究生物氣溶膠雲團濃度的反演算法，實現生物氣溶膠雲團的實時線上精確遙測。通過本項目的研究，為生物氣溶膠污染的實時監測和突發性事件的應急遙測奠定方法基礎。
結題摘要
當前對於生物氣溶膠的檢測大多採用離線分析方法，難以實時獲取污染現場狀況。鑒於此，本項目提出一種基於傅立葉紅外光譜技術的生物氣溶膠紅外被動遙測方法，通過實驗和理論分析，研究了氣溶膠紅外光譜特性，探索了吸收氣體干擾和儀器效應非線性影響機制，構建了生物氣溶膠紅外遙測輻射傳輸模型，在此基礎上，結合典型氣溶膠的復折射率指數和粒徑分布計算仿真生物氣溶膠消光係數，研究了生物氣溶膠雲團濃度的反演算法，實現生物氣溶膠雲團的實時線上精確遙測。最後利用集成實驗系統進一步通過現場實驗對算法進行仿真驗證。其主要研究內容如下： 本項目首先在傳統的三層輻射傳輸模型基礎上，研究了水平或低仰角觀測條件下的生物氣溶膠光譜輻射特性和遙測理論模型，並深入探討了儀器效應對測量光譜的非線性作用機制，提出基於輻射傳輸模型遙測標定算法，分析了校準質量影響因素，在此基礎上，設計了一套可同時獲取生物氣溶膠紅外光譜和粒徑參數的室內仿真測試系統。 其次，通過傅立葉變換紅外光譜技術分析了枯草芽孢桿菌的質量消光截面，獲取了氣溶膠的紅外消光特性，提出了基於KK關係快速求解復折射率的方法。結果表明，枯草芽孢桿菌的吸收帶在970-1190cm-1，處在紅外遙測的大氣長波視窗區，通過傅立葉變換紅外光譜方法可以有效獲取生物氣溶膠的特徵光學參數，該數據對生物氣溶膠的紅外光譜法預警和遙測提供了特徵數據支持。 最後，本項目開展雲團遙測系統外場實驗和性能測試，建立了一套可成像的紅外光譜掃描測量系統，用於對泄漏的多種氣態和生物氣溶膠成分進行遠程遙測和濃度分布的偽彩色圖像顯示。實驗中，考慮環境安全和釋放條件等因素，選擇了消光波段接近枯草芽孢桿菌生物孢子的示蹤氣體作為釋放模擬劑，開展了實地驗證和測試實驗，驗證了分析算法的效果，並結合MODTRAN典型大氣模式，分析了遙測系統對生物孢子的探測能力。 在項目研究中，課題組發表論文篇16篇，申報專利3項，軟體登記4項。完成既定目標和任務。項目的開展，為我們對生物氣溶膠及其他危險品泄漏事故的應急遙測提供了一種快速簡便的手段，可有效的實現對有害氣溶膠雲團進行預警。此外，也拓寬了現有的傅立葉紅外光譜分析技術在氣溶膠成分檢測方面的套用。
