固体表面三维荧光是一种表征固态有机质组分与结构的先进技术, 不需要提取固体样品中的溶解性有机质, 直接对固体样品进行三维荧光光谱检测, 具有可操作性、 实用性、 信息量大的特点。 利用固体表面三维荧光光谱, 结合平行因子(PARAFAC)技术、 聚类分析(HCA)与分类回归树(CART)模型等分析手段, 提取乌梁素海表层底泥中的荧光组分, 识别影响有机质特征的关键因子, 揭示有机组分的空间分异规律。 根据污染程度的不同, 采集了10个表层底泥样品(1#—10#), 检测未处理样品和加热处理样品的固体表面三维荧光光谱, 二者之差得到湖泊底泥有机质的固体表面三维荧光光谱。 采用PARAFAC技术, 提取了4个主要的荧光组分(C1—C4)。 C1为类色氨酸物质, 主要来自于内源。 C2为类富里酸物质、 C3为可见区类胡敏酸物质、 C4为紫外区类胡敏酸物质, C2—C4主要来自于陆源。 四个荧光组分的总含量在北部最高, 南部次之, 中部最少。 C2—C4的总含量高于C1, 表明湖区底泥有机质主要来源为陆源。 C1在湖区南部的含量高于北部与中部, 表明C1可能与大量水生植物的生长代谢有关。 C2含量的空间分布为北部>南部>中部。 C3在北部地区的含量远高于南部和中部, 是北部地区底泥的代表性物质。 C4与C2的空间分布规律大致相同。 基于荧光组分HCA, 得出C2与C4可能具有相同的来源； C3与C1是区别底泥有机质特征的关键因子。 基于采样点HCA, 可将湖区底泥分为3个不同区域, 分别为北部重度污染区、 南部中度污染区与中部轻度污染区。 利用CART模型, 进一步验证了C3与C1是识别底泥有机质特征的关键因子, 使湖区底泥的分类结果更为精确, 同时为后续乌梁素海底泥污染特征与污染来源的探究提供了技术支撑。

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参量, 在大气辐射、地球资源遥感、空气质量监测、特别是光电工程等领域, 都需要对大气透过率进行深入的研究。文中详细讨论了整层大气透过率的获取原理和方法, 分析了不同获取方法的最新进展和存在的相关问题, 对比分析了软件仿真计算和直接测量的优缺点, 并对后续的研究工作进行了展望。

研究雾中红外辐射衰减特性, 有助于提高**装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数, 计算雾滴粒子群红外辐射透过率, 对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1.064 μm、中红外辐射3.8 μm和远红外辐射10.6 μm在轻雾条件下为例, 结合3个地区实测数据, 分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下, 辐射雾衰减小于平流雾衰减, 远红外辐射10.6 μm具有很好的传输性能, 地区气象参数不同对其有显著影响。

近年来蒙古国雅氏落叶松尺蠖灾害不断加剧, 逐渐逼近大兴安岭地区, 将威胁我国北方森林生态系统安全。 以现代遥感监测方法替代传统检测方法, 及早掌握该虫害发生发展规律对防控有重要意义。 为快速、 大范围遥感监测雅氏落叶松尺蠖灾害, 利用光谱分析技术研究了该害虫危害下落叶松受害程度检测模型。 通过实测健康和轻度、 中度、 重度受害落叶松光谱, 计算与比较不同受害程度落叶松原始光谱和去除包络线光谱的敏感度, 揭示光谱敏感波段及去除包络线光谱敏感性。 然后对去除包络线光谱进行一阶导数变换获得光谱特征参数并分析其随受害程度的变化特征, 构建基于CART（分类与回归树）算法的落叶松受害程度光谱检测模型。 研究表明: 去除包络线光谱敏感性比原始光谱更显著, 尤其在480～520 nm（蓝边）、 640～720 nm（红谷、 红边）、 1 416～1 500 nm（短波红外谷）等波段内光谱敏感度介于0.1～2.0, 而且出现了敏感峰现象。 随受害程度增加, 去除包络线光谱敏感性增强趋势比原始光谱更明显; 在蓝边波段上去除包络线光谱敏感峰位置向短波方向移动, 即502 nm→490 nm, 而在红谷及红边、 短波红外谷等波段上光谱敏感峰位置向长波方向移动, 即664 nm→672 nm和1 436 nm→1 448 nm; 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率以及红谷和短波红外谷面积呈上升趋势。 在蓝边与红边波段内去除包络线光谱一阶导数对受害程度有明显响应, 出现了波峰现象。 随害虫危害程度加剧红边位置蓝移（718 nm→700 nm）, 红边斜率及面积和蓝边斜率及面积呈下降趋势。 基于此, 利用红边斜率、 红谷位置和短波红外谷位置归一化反射率、 红谷和短波红外谷面积、 蓝边斜率及面积等去除包络线光谱特征参数构建的CART模型对落叶松受害程度有很好的检测能力。 与多元线性回归模型相比, CART模型检测精度更高, 其Kappa系数达0.875。 研究结果对雅氏落叶松尺蠖灾害的防治有参考价值。

分析了夜间利用恒星测量整层大气透过率的原理, 研制了用于夜间整层大气透过率测量的设备, 该设备能够对高度角大于15° 的任意天区内的0~5等恒星在400~750 nm分波段弱辐射大气透过率测量, 测量带宽为30 nm。采用自动控制CCD曝光时间的方法获取分波段恒星的弱辐射信号, 利用图像反馈模式纠正望远镜追星的误差, 实现无人值守自动连续整夜观测。设备定标采用Langley-plot定标方法与多目标星定标方法相结合。测量结果分别与CART和Modtran理论计算值进行了比较, 比较结果证明了测量方法的可行性和设备的可靠性。

大口径的地基红外望远镜必须安装在具有良好大气条件的观测台站才能充分发挥其性能, 天空背景辐射和大气传输特性是地基红外望远镜站址选择所需考虑的重要内容。采用消光-小角度散射法在西藏羊八井实测了太阳直接红外辐射和大气背景红外辐射, 并根据备选站点的大气参数, 采用CART软件计算了当地8~14 μm波段整层垂直大气的光谱透过率、太阳直接光谱辐射和地面大气垂直向下的背景光谱辐射, 以及相关量的波段积分值, 这些结果有助于地基红外太阳望远镜的站址选择。

氧气吸收率是利用氧气A吸收带进行被动测距技术计算的核心，将包含氧气A吸收带在内的无云天空背景辐射和黑体辐射作为研究对象，利用CART软件模拟计算了不同观测天顶角、不同时段、不同太阳天顶角的无云天空背景氧气吸收率分布，并与不同观测天顶角、不同距离下的黑体辐射氧气吸收率进行了比较分析，结果表明：当探测距离大于3 km时，黑体辐射的氧气吸收率大于无云天空背景辐射氧气吸收率，所以根据不同观测条件设置被动测距的氧气吸收率阈值，可提高对目标的探测概率，降低背景辐射对被动测距的影响。