研究新降雪中溶解性有机质（DOM）的光谱特征有利于探究其与大气污染物的响应关系。 采用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis absorption spectroscopy）、 三维荧光光谱（three dimensional fluorescence spectroscopy）结合平行因子分析（PARAFAC）技术, 分析了哈尔滨市新降雪样品中DOM的光谱特征及其来源。 新降雪中有色溶解性有机质（CDOM）浓度与荧光溶解性有机质（FDOM）强度变化呈现相同趋势, 其中CDOM含量因DOM来源、 大气云团运移、 大气污染情况及发色团光漂白性质的不同而与其他环境介质中CDOM浓度存在差异; 而FDOM强度则因环境介质中盐分含量及DOM的降解动力学速率存在差异而小于土壤和海洋。 新降雪中DOM的吸收光谱呈现指数递减趋势, 与冬季大气颗粒物中水溶性有机物发色团的吸收光谱相似, 在200~220 nm处存在明显吸收峰（由于受到水分子和溶解氧影响）, 表明DOM存在较多的不饱和双键共轭结构。 E2/E3值（250和365 nm处的吸光度比值）结果表明, 新降雪中DOM具有结构简单、 分子量小和芳香性弱的特征, 类富里酸为其主要组成物质; 通过PARAFAC共解析出类腐殖质和类蛋白质两类荧光组分, 其对荧光强度的贡献分别为66.78%和33.22%。 荧光参数分析结果表明, 该研究新降雪中DOM同时受陆源输入和微生物活动的影响, 并且具有较强的自生源特征（BIX>1）和较弱的腐殖化特征（HIX<0.8）。 荧光组分与大气污染物的相关性分析表明, 哈尔滨市新降雪中的荧光组分具有相同来源, 化石燃料、 生物质燃烧、 交通及工业等排放的细颗粒物（PM2.5）为新降雪中DOM的重要来源, 并通过类腐殖质组分的最大荧光强度初步建立了PM2.5浓度值的预测方程。 新降雪中DOM光谱特征分析可为揭示其来源组成及深入探寻其载体行为机制提供参考价值, 亦可为大气环境污染快速诊断识别提供新的研究思路和技术保障。

卫星对地遥感观测中，云和冰雪地表是两个重要的观测对象，由于它们辐射特性的相似性，使得冰雪区域上空云检测存在困难。针对高光谱观测卫星（高分五号02星）偏振载荷的数据特征，本文设计了一套冰雪上空云检测算法。该算法利用高分五号偏振载荷大气气溶胶多角度偏振探测仪和高精度偏振扫描仪的在轨探测多角度多光谱偏振辐射数据，协同进行云检测。首先，通过氧A带吸收通道的表观压强检测进行云和冰雪的初步区分，在此基础上利用多角度偏振散射特性进行冰雪上空的水云检测，利用卷云波段检测提高了冰雪上空的卷云检测效果，最后通过对常用的NDSI归一化雪指数进行改进，提高了冰雪上空的冰云检测精度。以格陵兰岛和南极区域为例，进行了冰雪上空云检测实验，并与成像时间相近的MODIS产品云掩膜产品MOD35进行比对，一致性分别为83.3%和94.4%。结果表明，本文提出的算法能够有效检测冰雪上空的云像元。

场景定标是大视场遥感器在轨替代定标的常用方法，具有定标频率高、无需同步测量的优点。冰雪场景通常使用格陵兰冰盖（75°S，123°E）和南极冰盖（73.375°N，40°W）作为目标，由于其海拔较高（通常大于2 km），故受到大气影响较小，能够得到数据质量较好的定标样本。此外，冰雪在可见光范围以内光谱较为平坦，因而比较方便借助于其他定标方法实现波段传递。基于对前人极地场景定标方法的研究，将冰雪场景的地表双向反射分布函数（BRDF）和大气参数代入辐射传输模型之后，对我国高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪（DPC）载荷的在轨辐射响应变化进行测试，得出的结论与沙漠场景和海洋场景的定标结果吻合度较高，且定标结果的离散度更小。所提方法可以对载荷在轨运行期间的探测数据提供长期监测、校正，并有助于业务化应用产品的质量提升。

以黑龙江省哈尔滨市道外区为研究区，系统探讨分析了基于遥感的不同方法在积雪信息识别中的应用。首先，对研究区两个时相的高分六号(GF-6)多光谱相机(PMS)影像进行目视解译，掌握了研究区内地物类型和积雪分布特点。其次，基于目视解译结果，选取了 8种典型地物类型，得到了“积雪”和“非雪”两类像元的光谱特征规律。再次，探讨分析了 6种方法在积雪识别中的应用，利用精确率、召回率和 F指数 3个指标进行了精度评价。最后，提出了基于投票结果的最终识别结果判定方法，得到了研究区积雪信息最终识别结果。研究表明：①受下垫面和阴影的影响，研究区“同谱异物”和“同物异谱”现象普遍；②深度学习算法的识别效果最好，决策树法的识别效果相对较差；农田区的识别精度高于池塘区，误识别和漏识别的现象都相对较少；③基于投票结果的最终识别结果判定，可以有效改善单一识别方法存在的误识别和漏识别现象。

积雪中的黑碳气溶胶粒子会导致积雪光谱反射率显著下降, 进而引起的气候辐射变化会推迟或提前积雪融化时间, 严重影响了干旱区地表径流特征、 区域水循环过程, 由此引起的干旱区生态水文问题也越来越受到关注。 2018年1月在新疆北疆地区开展积雪中气溶胶粒子观测实验, 借助ASD地物光谱仪、 Snow Folk积雪特性仪与HR-1024外场分光辐射度计等仪器获取原始积雪光谱数据与其他积雪参数, 应用Snow, Ice, and Aerosol Radiation model(SNICAR)模型模拟了不同雪粒径下、 不同太阳天顶角、 不同Black Carbon（BC）浓度下的积雪光谱反照率变化状况, 讨论了BC、 雪粒径在不同光谱范围内敏感性, 结果表明： 太阳天顶角对雪面光谱反照率的影响在近红外波段比其他波段表现得更明显, 在积雪光谱曲线中太阳天顶角从0°变化到80°, 可见光波段600 nm处光谱反照率升高了0.045, 近红外波段1 000, 1 200和1 300 nm处光谱反照率分别升高了0.16, 0.225和0.249； 在天顶角为60°时, 雪粒径从100 μm增大到800 μm, 对应的光谱反照率减少量最大可达到0.15, 且100~300 μm范围内的雪粒径比400~800 μm范围内的引起光谱反照率的下降量明显增大, 雪粒径的增大能使吸光性颗粒物的光吸收效应增强； 随着BC浓度的增加, 积雪反照率会显著下降, 且不同浓度的BC对积雪的反照率的差值不同, 随着BC浓度的增加, 反照率的差值量越来越小。 不同的BC浓度在近红外波段对光谱反照率影响较小, 影响较大的范围主要集中可见光波段, 在光谱800和1 100 nm处, 5 μg·g-1的BC浓度使光谱反照率减小了0.13和0.04, 5 μg·g-1的BC可使350与550 nm处的光谱反照率减小0.25与0.23； 比较不同粒径下, BC浓度对积雪光谱宽波段反照率的减少情况可发现, 在BC存在的情况下, 雪粒径的增加会增大BC的光吸收效应, 且浓度越高, 吸收增加的越多； 从光谱指数角度表明BC在可见光波段350~740 nm比较敏感, 相关系数较高； 雪粒径在近红外波段1 100~1 500 nm比较敏感, 尤其在1 000与1 300 nm左右, BC与雪粒径在积雪光谱曲线中的敏感波段相关性都较高, R2高达0.9以上； 最后将模型模拟的积雪反照率与实测数据进行验证对比, R2为0.738, 模拟效果较好, 可为干旱区积雪光谱反照率的研究奠定数据基础。

提出一种渐近辐射传输(ART)理论与离散纵标辐射传输法(DISORT)相结合的方法,用于反演雪光谱反照率。基于雪粒形状的二级科赫分形假设,利用不同卫星数据与ART理论的三种粒径反演方法反演研究区域的雪粒径,反演的雪粒径大小不同,但平均值均在50 μm左右。基于雪粒球形假设,根据反演的雪粒径,基于DISORT模型计算波段为0.3~5.0 μm的雪光谱反照率,同时基于ART理论计算波段为0.3~1.5 μm的雪的黑空与白空光谱反照率。由两种辐射传输模型计算的0.3~1.5 μm的雪光谱反照率差异较小,表明雪粒形状假设合理,利用两种辐射传输模型相结合的方法能够计算太阳光谱的雪反照率。考虑到研究区域内黑碳等吸光性杂质的影响,修正了DISORT模型计算的雪光谱反照率。研究区域靠近国境边缘的西伯利亚地区时,吸光性杂质对于雪光谱反照率影响很小;研究区域为东北工业地区时,吸光性杂质会明显降低可见光波段的雪光谱反照率。

近些年, 飞秒激光成丝诸多非线性效应及其潜在应用逐渐成为超短脉冲激光领域研究的重要方向之一。飞秒激光成丝诱导水汽凝结、降雪和破碎冰晶二次增长等方面的探索研究, 为人类寻找主动控制天气的新技术指明了方向, 具有重要的科学意义和应用前景。首先, 重点分析梳理了飞秒激光成丝诱导形成水凝物的观测和机理研究进展; 然后, 讨论了飞秒激光诱导水凝物形成机理研究中尚待解决的关键科学问题, 以及对该领域未来发展方向做了展望。

光谱混合机制研究对混合像元解算具有一定指导意义。 利用全波段光谱仪累积期和消融期对规则和非规则分布模式下积雪-荒漠植被混合像元及纯净积雪和荒漠植被像元控制式采集反射光谱。 K-均值法计算采集影像积雪和荒漠植被面积比并分析其对应混合像元光谱变化特征以获取更加精细的光谱特征信息, 准同步Tetracam ADC3(Agricultural Digital Camera 3)采集图像并计算典型指数, 从微观尺度上证实了混合像元主要出现在地类边界处。 结果发现, 1 456～1 697 nm粗粒径冻结雪反射光谱高于新雪反射光谱, 新雪反射光谱明显高于陈雪; 因冻结覆冰, 荒漠植被光谱为积雪、 冰晶和植被枝干混合光谱信息, 新降积雪覆盖植被光谱特征为积雪和植被枝干的混合光谱信息, 不存在常规绿色植被“红边”效应; 采集角度为5°和10°时光谱低于垂直角度采集光谱, 角度大于10°随角度增加荒漠植被光谱逐渐增大。 像元内各个组成物质的面积比及所处像元的位置、 采集角度和方向都会影响混合像元的光谱组合信息。

紫外成像设备是雪地伪装效果检测评估的常用设备。根据雪地伪装试验实际需求，结合现代成像技术，设计和实现了一套结构紧凑、低功耗、高灵敏度、高分辨率、快捷便携的雪地伪装检测紫外成像设备。通过实验验证表明，其具有良好的实用性和可靠性。

雪粒径的形状因素对积雪的反射光谱曲线影响较大, 如何有效地刻画雪粒径的形状参数成为研究的热点。 渐进辐射传输模型被广泛地应用于雪粒径反演, 其对雪粒径形状的描述只采用了2个值(3.62对应于片状雪粒径, 4.53为球形雪粒径), 较难描述积雪的形状参数, 同时为了反演积雪的雪粒径, 这两个形状参数必须被提前固定, 这大大降低了雪粒径的反演精度, 为此提出了一种基于光谱库的雪粒径及形状参数反演算法(LUTMA)。 首先利用渐进辐射传输模型建立不同粒径, 不同形状参数的光谱库, 然后采用光谱角指标进行匹配, 最终获取积雪的粒径与形状参数。 实验表明, 基于光谱库的雪粒径及形状参数反演新方法与实测数据较为吻合。