利用差分吸收光谱技术（DOAS）反演了我国第二代星载大气痕量气体差分吸收光谱仪（EMI-Ⅱ）的SO₂斜柱浓度（SCD），并通过辐射传输模型SCIATRAN建立了SO₂大气质量因子（AMF）的查找表，经去条带处理后获得SO₂的垂直柱浓度（VCD）。以2021年10月底拉帕尔马岛火山区域为研究对象，基于EMI-Ⅱ数据反演的SO₂ VCD与国外同类型载荷TROPOMI的结果一致，相关性系数R分别为0.89、0.90、0.92。此外，还将汤加海底火山的SO₂反演结果与TROPOMI的监测数据进行对比，结果表明，EMI-Ⅱ观测结果与TROPOMI一致，都观测到此次SO₂羽流的自东向西的传输过程。结合风场数据，计算了2022年1月14—15日汤加海底火山爆发产生的SO₂排放通量，结果表明，利用EMI-Ⅱ载荷反演的火山区域SO₂ VCD可靠性高，可实现全球火山爆发预警。

云参数是痕量气体反演过程中重要的输入参数, 对其准确反演具有重要意义。基于 2019 年 3 月大气痕量气体差分吸收光谱仪 EMI 的观测数据, 利用 O4 在 477 nm 处的吸收特性进行有效云量的反演。为验证 EMI 云量反演的准确性, 将 EMI 与 TROPOMI 的反演结果进行对比分析, 并对 2019 年 3 月 2 日、6 日、9 日和 10 日 EMI 和 TROPOMI 整天的云量进行了相关性分析, 相关性 R 分别为 0.752、0.712、0.764 和 0.762, 表明二者具有良好的相关性。进一步选取了沙漠、海洋、陆地三个不同区域的云量分析了不同下垫面情况云量的分布特征, 发现在这三个区域, EMI 和 TROPOMI 的云量都具有较好的一致性, 并且海洋上空云量较低, 陆地上空云量较高, 而沙漠上空云量变化频繁。

利用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演了我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 的臭氧斜柱浓度 (SCD), 通过 SCIATRAN 辐射传输模型建立了大气质量因子 (AMF) 的查找表, 最终得到 EMI 的臭氧垂直柱浓度 (即臭氧柱总量)。将 EMI、OMI 和 TROPOMI 于 2018 年 11 月 2 日获得的南极区域臭氧柱总量进行了对比分析, 三者均观测到南极中高纬度 (30° S～70° S) 的臭氧高值区域与南极内陆 (75° S～90° S) 的臭氧低值区域, 且 EMI 与 OMI、TROPOMI 的臭氧柱总量相关性 (R2) 分别为 0.977 和 0.979。进一步将 EMI 反演的臭氧柱总量与南极长城站 (62.22 S, 58.96 W) 地基天顶散射光差分吸收光谱仪 (ZSL-DOAS) 反演的臭氧柱总量进行对比, 二者相关性 (R2) 为 0.926。

澳大利亚 2019-2020 年发生了大规模的森林火灾, 本次火灾在六个月的时间内烧毁了超过 800 万公顷的桉树林。利用大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 对澳大利亚火灾期间的 NO2 变化情况进行了分析。研究发现, 2019 年 11 月, 澳大利亚东南区域的 NO2 浓度及分布相比往年同期, 出现明显的增长趋势。同时具体针对澳大利亚两大国家公园的火灾, 研究了 NO2 相对浓度的频率分布与火灾程度和频次的关系, 发现这两个地点 2019 年 11 月 NO2 的相对浓度频率也出现了明显的增高, 表明森林火灾是导致部分区域 NO2 浓度升高的主要原因。本工作的开展也证明了 EMI 在重大污染事件监测上的可行性。

主要讨论O2-O2在477 nm处吸收带反演的有效云量。首先通过差分吸收光谱(DOAS)算法反演460~490 nm内的O2-O2斜柱浓度,并对O2-O2斜柱浓度中出现的条带进行修正;然后通过SCIATRAN辐射传输模型设置太阳天顶角、观测天顶角、相对方位角、地表反照率、地面高度、云量、云压等参数的不同节点,创建O2-O2斜柱浓度和反射率的查找表,进一步对查找表进行转换得到云量的查找表;最后对O2-O2斜柱浓度、连续反射率及相关太阳几何信息进行多维插值,得到大气痕量气体差分吸收光谱仪(EMI)有效云量。为验证所提算法的准确性,将EMI结果与OMI(ozone monitoring instrument)云量进行比较,两者均呈由低云量到高云量频数递减的趋势,其中云量为0和云量为1均出现频数高值现象,云量相关性R为0.82,相关性表现良好。

研究一种基于机载和车载被动差分吸收光谱(DOAS)技术测量大气污染气体排放通量的光学遥测方法。利用机载成像光谱仪和车载DOAS光谱仪对工业区进行同步走航观测,利用光谱反演获得区域NO2垂直柱浓度分布情况及扩散趋势,然后根据实时风场数据,结合NOx在大气中的衰减模型,推导出NOx衰减情况及氮氧化物各成分占比,进而获得污染源NOx的排放通量。所提方法修正了NOx在大气中的衰变,计算了该工业园区电厂和钢厂的NOx排放通量分别为3.3331×10 24 molecule·s -1和2.6138×10 24 molecule·s -1。结果表明:机载和车载观测结果的一致性较好,与未经修正NOx衰变获得的排放通量相比,所提方法获得的排放通量精度提高了约5%~20%。与车载或机载独立观测方式相比,所提方法结合了机载扫描范围大和车载探测空间分辨率高的优点,更有利于对污染扩散趋势的掌握,提高了探测精度。

地表反照率是研究陆地辐射收支情况、区域及全球气候、地貌等信息的先决条件,对其进行精确测量是开展相关研究的前提和保证。由于大气层吸收的影响,地表反照率不能进行直接测量。因此,采用测量垂直向下与向上散射光的方法,结合SCIATRAN辐射传输模型获得地表反照率。基于此方法,在机载平台上进行观测实验,获取机载平台上垂直向上和向下的辐亮度值,采用迭代反演方法获得石家庄到保定地区紫外波段350~395 nm的地表反照率,并对不同下垫面、不同波段反照率进行比较,对城区中心到边缘过渡变化进行详细分析。结果表明,紫外波段350~395 nm地表反照率随波长增大而缓慢升高,结果与中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据可达到良好的一致性。不同观测区域结果对比显示,城区地表反照率大于农田,且城区中心比边缘地表反照率大0.014左右,其差异也随波长增大而升高。

多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)作为一种观测痕量气体成分的地基遥感手段, 在反演过程中利用天顶谱扣除了平流层的影响, 因而对底层大气的测定较为敏锐。 采用地基被动MAX-DOAS在2011年7月5日—8月1日对北极新奥尔松地区的NO2柱浓度进行观测。 观测期间4个离轴观测角的NO2差分斜柱浓度(DSCDs)结果显示, NO2主要集中在对流层底部。 观测期间新奥尔松地区NO2的平均混合比为1.023E11 molec·cm-3(0～1 km), 其含量的波动与轮船的化石燃料燃烧和大气光化学反应有关。 3 km内NO2的垂直分布图显示, NO2主要来自海洋边界层的释放, 且随时间呈现波动变化。

采用被动差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy， DOAS)对南极中山站地区(69°22′24″ S， 76°22′14″ E)的臭氧柱含量进行了72天(2008年12月10日—2009年2月19日)观测， 通过被动差分吸收光谱处理方法对系统采集的天顶太阳散射光谱进行处理。 在反演过程中， 考虑了O3， OClO， NO2， O4和BrO的吸收以及大气Ring效应对测量光谱的贡献， 获得该区域臭氧柱含量逐日变化趋势。 结果表明， 观测期间中山站地区没有出现明显的臭氧空洞， 但在短时间尺度臭氧含量有较大幅度变化， 尤其在12月中旬和2月上旬。 与中山站地区Brewer臭氧光谱仪和星载OMI观测资料进行比较分析得出， 被动DOAS与Brewer臭氧光谱仪观测数据的相关系数为0.863与星载OMI观测数据的相关系数为0.840， 均表现了很好的相关性， 说明在南极地区采用被动DOAS在线观测O3柱含量的方法是可靠的。

建立了微波萃取-原子荧光光谱法测定海鸟生物粪中的甲基汞测量方法。 优化了显著影响微波萃取甲基汞的两个因素: 萃取温度和盐酸用量。 最终确定了120 ℃和200 μL 6 mol·L-1盐酸介质为最佳萃取条件。 此条件下测定的生物标准参考物质人发粉的相对标准偏差为0.74%, 回收率大于90%, 测定的海鸟生物粪样品相对标准偏差为6.61%, 回收率为90%。 微波辅助萃取和原子荧光光谱的联用, 具有操作简单, 高灵敏度, 低检出限, 低成本等一系列优点, 适用于生物粪样品中痕量成分甲基汞的快速分离与分析。 采用此方法分析了西沙群岛古鸟粪颗粒和现代新鲜鸟粪中甲基汞含量, 发现大量海鸟粪的输入将会对偏远的西沙群岛生态环境造成严重的汞污染。