当前大气复合污染日趋严重, 造成大气氧化性增强, 气体向颗粒物的转化加快。 大气颗粒物粒径大小及谱分布决定其在大气中的行为, 以差分吸收光谱法(DOAS)为基础, 结合双光路设计技术, 开展实时、 在线、 获取近地面大气气溶胶颗粒物的粒谱分布的光谱方法研究。 首先构建低噪声性能稳定的宽带氙弧灯为光源的双光路差分吸收光谱系统, 基于干净天气条件下大气的能见度数据对系统进行校准, 通过两个不同光路获得的光谱信号强度之比获取近地面紫外-近红外波段的大气总宽波段消光系数。 基于宽波段消光系数, 在去除瑞利散射以及气体吸收对消光系数的影响后, 解析出气溶胶颗粒物的消光系数。 基于核函数准则, 利用均匀球型粒子的电磁场Mie理论来反演气溶胶物理特性, 获得气溶胶粒子在该测量谱段的体积谱分布, 利用体积谱与数密度谱的关系, 反演出气溶胶粒子的数密度谱分布。 开展利用直方图方法来表现颗粒物的粒谱分布方法研究, 首先将DOAS测量波段近似等分为若干谱段, 利用谱段处平均值, 获取气溶胶粒谱直方分布图。 最后把该系统和方法应用于外场实验, 获得了气溶胶颗粒物在300～650 nm范围内的消光系数, 将测量波段等分为11个谱段, 反演了颗粒物的在0.1～1.25 μm粒径范围的数密度谱分布。 该研究为整治我国灰霾天气, 研究大气气相/粒子非均相化学反应提供科学依据。 同时将推动DOAS技术的进一步发展和应用。

针对被动多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演痕量气体SO₂中吸收强度弱以及易受反演波段和大气气溶胶状态影响的问题,研究了基于地基MAX-DOAS的对流层SO₂垂直廓线及垂直柱浓度的反演方法。通过反演误差对比确定了SO₂的最佳反演波段(307~330 nm),并精确获取了差分斜柱浓度。鉴于大气中气溶胶状态是影响SO₂等痕量气体反演的重要因素,反演中采用两步反演方法:第一步通过测量O₄气体的差分斜柱浓度来反演气溶胶廓线;第二步将气溶胶廓线输入到辐射传输模型中,利用痕量气体浓度垂直反演算法获取对流层(0~4 km)中SO₂的垂直分布廓线和垂直柱浓度。将SO₂廓线在0~100 m的反演结果和地面点式仪器数据进行对比,结果发现两者的一致性较高。研究表明,基于MAX-DOAS反演对流层中SO₂的垂直分布及垂直柱浓度是一种有效的手段。

研究了多轴差分吸收光谱技术的气溶胶消光系数垂直廓线反演方法, 基于非线性最优估算法, 通过地基多轴差分吸收光谱仪观测的O4气体差分斜柱浓度, 结合大气辐射传输模型, 反演气溶胶消光廓线和光学厚度.2017年7月和8月在淮北地区开展了外场观测实验, 低仰角(小于15°)的O4差分斜柱浓度模拟结果和测量结果相关性高于0.9, 较好反演了对流层的气溶胶状态.研究表明淮北地区夏季气溶胶含量整体较低, 出现的两天高值天气(7月24日和8月12日)的光学厚度日均值为0.65和0.59, 分别为季节均值的1.6倍和1.4倍.通过气溶胶消光廓线时序图可知, 两天的气溶胶高值都位于0.5 km以下, 污染主要为本地积累产生.

利用开路傅里叶变换红外光谱仪进行污染云团遥测时,往往会出现一些未知的干扰物质, 这些干扰的存在使准确地多组分同时定量分析变的很困难。利用标准吸收截面光谱,结合矩阵投 影运算及目标转换因子分析,完成了未知干扰光谱的检出,从而完成多个待测组份的同时定量分析测定。 仿真六氟化硫(SF6 )、甲醇和氨气(NH3 )的混合物光谱,把NH3 作为干扰,预测SF6 和甲醇的浓度程长积 值,预测结果和真实值有相当好的符合度。

为了抑制杂散光对中红外平面光栅光谱仪系统成像质量的影响，首先探讨了系统杂散光的来源，设计了遮光罩、挡光环和里奥光阑；然后针对用挡光板消除光栅衍射杂散光能力有限的问题，提出利用百叶挡光板和杂散光收集器组合来抑制杂散光的影响，并结合三维建模软件Solidworks和杂散光分析软件Tracrpro对系统进行了建模、分析和对比；最后针对某一型号红外热电堆阵列探测器并运用黑体辐射理论对其进行计算和分析，最终结果表明：光谱仪系统地气杂光抑制水平PST可以达到10-11，内部杂散辐射抑制能力有效发射率为1.3%，满足中红外平面光栅光谱仪系统杂散辐射的抑制要求。

从热电堆红外探测器的检测电路设计入手,讨论了微弱信号的放大和调理方法,分析了热电堆探测器输出信号 的时频域特性和噪声,给出了各环节的实现电路并进行了仿真,分析了以前置放大器为主的模拟信号链的噪 声,并提出了噪声匹配的新方法,最终实现了微弱信号的测量。测试结果表明,本电路在噪声抑制和失调补 偿方面达到了理想的效果,最小可检测到3.5 μV的微弱直流信号变化,在红外光谱探测以及微弱直流信 号检测中可以有较广泛的应用。