采用长程差分光学吸收光谱技术,对青岛市海尔路和银川东路交叉路口的污染气体进行实时连续监测,获得2017—2018年大气主要污染物NO2、O3和 SO2的含量,并与附近环境监测站的同步监测数据进行对比。结果表明,二者具有很高的一致性,NO2和O3的小时平均结果相关系数分别为0.78和0.798,月平均结果相关系数分别为0.91和0.84,其中NO2的浓度分布呈现明显的早晚双峰特征。与实时获得的车流量数据进行相关性分析,结果显示:NO2浓度与交通流量呈强正相关,相关系数达到0.95;NO2浓度存在工作日高于周末的显著“周末效应”。

丝织品是由丝蛋白质组成, 高温、 高湿及污染物等因素会使其结构发生变化。 为了科学地评估博物馆中污染气体对丝织品结构的影响, 采取人工模拟实验制备二氧化氮、 二氧化硫、 乙酸和氨气常见博物馆污染气体环境, 利用傅里叶红外光谱(FTIR)从丝蛋白质肽链结构、 二级结构等方面探讨4种污染气体对丝织品蛋白质结构的影响。 实验结果表明, 二氧化氮老化30 h后样品的红外光谱在1 382 cm-1波数附近出现甲基对称变角振动吸收峰, 而其他气体老化50 d的丝织品仍未产生甲基对称变角振动, 说明二氧化氮对丝织品破坏最严重。 所有污染气体老化后, 样品的红外光谱在975和999 cm-1丝蛋白-Gly-Ala-和-Gly-Gly-肽链(一级)结构特征吸收峰处均有不同程度减弱, 但碱性气体氨气较酸性气体减弱更明显。 傅里叶红外光谱技术结合酰胺Ⅲ带(1 330～1 200 cm-1)去卷积和高斯拟合法研究表明, 50 d氨老化后仅引起丝蛋白质非结晶区的轻微变化, α-螺旋、 无规卷曲、 β-折叠含量变化幅度较小, 丝蛋白二级结构变化较小。 相比而言, 酸性气体对丝蛋白二级结构影响更加显著, 出现β-折叠相对含量大幅降低、 无规卷曲相对含量明显增加, 其结晶区遭受严重破坏。 在4种气体中, 二氧化氮对丝织品二级结构影响最显著, 老化30 h后β-折叠相对含量由原始值30.36%降低至18.12%, 约降低40%。 相应的二氧化氮对丝织品强度破坏最严重, 在β-折叠含量降低的同时, 材料的力学强度出现了显著降低。 利用波数在1 700和1 640 cm-1红外光谱吸收峰的比值(A1 700/1 640)和波数在1 620和1 514 cm-1红外光谱吸收峰的比值(A1 620/1 514)判断样品的老化方式, 实验结果表明二氧化氮、 二氧化硫、 氨气老化样品的方式主要为氧化老化, 而乙酸老化的样品则发生氧化老化和水解老化两种老化方式。 随着老化时间的延长, 4种气体中二氧化氮老化样品的A1 620/1 514比值增加最多、 氧化最严重。 推断与二氧化氮的强氧化性有关, 也与二氧化氮使丝织品产生显著的甲基对称变角振动有关。 建议博物馆应严格监测和控制二氧化氮气体浓度。 该研究为制定合理的丝织品文物存放环境提供科学依据, 对丝织品文物的保护具有重要意义。

根据环境污染气体监测的广谱需求, 提出了宽谱段红外光谱遥测方法, 利用长波红外傅里叶干涉光谱技术, 向长波红外大气窗口短波端外扩展了仪器响应波段, 使之在一定条件下能够探测多数常见工业气体的指纹特征。在7.0 ～14.5 μm波段内, 采用差谱法和亮温法, 可监测多种常用工业有毒有害气体, 并可给出以浓度程长积表征的概略浓度。介绍了遥测光谱仪的性能表征方法, 例举了实用型产品PARES100对11种常用工业有毒有害气体的应用实例。

傅里叶红外光谱法具有测量速度快、 信噪比高、 检测范围广等优势, 在针对污染源废气排放的快速检测及长时间在线监测中具有巨大的发展潜力。 水汽是红外光谱污染气体检测中的主要干扰物, 影响NOX, SO2等重要污染物的检测, 差减水汽背景谱消除光谱中水汽干扰可提高这些污染物的检测精度, 具有重要意义。 气体光谱中水汽吸收峰由于受到水分子团簇、 仪器线型函数等影响, 通过数值方法对其计算的误差较大; 为此, 水汽背景谱一般需采用同一台光谱仪实测获得。 主要有两种方法: 第一种是通过反复调节水汽/氮气混合气中的水汽浓度, 使水汽背景谱中的水汽吸收峰与污染气体光谱中水汽吸收峰相同, 此方法耗时较长, 且受环境条件制约很难在现场检测中使用; 第二种方法是预先测量不同浓度的水汽光谱, 在检测污染气体时选取两幅与污染气体光谱中水汽吸收峰最为接近且将其夹在中间的水汽光谱作为参考谱, 使用这两幅参考谱线性拟合与污染气体光谱中水汽吸收峰相同的水汽背景谱, 此方法可获得高度近似的水汽背景谱, 但当前缺乏相关自动算法妨碍了其在快速自动消除水汽干扰方面的应用。 为此, 提出一种选取水汽参考谱及拟合水汽背景谱的自动算法, 用于自动差减消除水汽干扰。 在参考谱选取中, 使用污染气体光谱依次减去浓度由低至高的水汽光谱, 依据差减后光谱中水汽吸收峰所在波数的吸光度正负性来选取参考谱。 在水汽背景谱计算中, 基于迭代最小二乘法逐步剔除光谱中受污染物吸收峰干扰的波数, 采用剩余波数上的数据拟合水汽背景谱, 使其与污染气体光谱中水汽吸收峰相一致。 使用水汽背景谱对污染气体光谱进行差减即可消除污染气体光谱中的水汽干扰。 对含有NO2的污染气体光谱进行了差减消除水汽干扰实验, 结果表明所提出的自动算法可快速准确消除水汽干扰; NO2在消除水汽干扰后可由其位于1 629 cm-1的强吸收峰检测, 相比消除水汽干扰前使用不受水汽干扰的位于2 917 cm-1的弱吸收峰检测, 其检出限得到了大幅提高。

随着全球及区域尺度内空气污染问题的日益突显,利用卫星遥感进行大气探测的技术也得到了不断发展。 分别介绍了气溶胶、灰霾、近地面颗粒物、污染气体、温室气体的遥感反演原理,及近年来国内外算法和 应用进展情况。同时,阐述了建立多源卫星空气质量监测系统的迫切性,及其国内外发展现状。最后,针对目 前我国空气质量卫星监测技术的需求,指出了目前大气遥感技术在我国发展的不足之处,并为进一步提升卫星 遥感技术在大气监测领域的应用和扩展提出了一些建议。

高光谱遥感技术在环境保护领域中应用广泛, 本文概述了高光谱遥感技术在我国大气环境中污染气体、 温室气体监测, 水环境中重点水污染源水华、 水质、 饮用水源地安全监测, 生态环境的生物多样性、 植被类型监测、 土壤污染等方面的应用情况, 并指出目前存在国内高光谱卫星缺乏、 数据处理和信息提取能力不足等问题, 以及目前迫切需要发展搭载大气痕量气体差分吸收光谱仪、 温室气体监测仪、 高光谱成像仪等高光谱传感器的环境卫星后续星、 加强高光谱数据处理和信息提取攻关研究、 加快高光谱环境地面应用系统的建设等建议。

大部分污染气体在红外波段具有明显的发射或吸收特征，被动傅里叶变换红外(FTIR)遥感技术可以对污染气体进行远距离探测和识别。当利用移动平台对污染气体进行遥测时，背景辐射是未知的，且光谱中包含大气等干扰物特征，需要研究相应的背景压缩方法，提取目标光谱特征。研究了基于亮温光谱的红外背景压缩方法，认为背景辐射在亮温光谱上是缓变的基线，并利用中光谱分辨率大气辐射传输模型(MODTRAN)软件包模拟大气干扰物特征，根据最小二乘拟合原理实现红外背景压缩。实验以氨气作为目标气体，以低平天空作为背景。结果表明，本方法能够成功扣除背景辐射和大气干扰特征，提取氨气的光谱特征，并计算了氨气的浓度程长积值。

阐述了大气痕量气体探测技术的发展历程；详细介绍了几种国外先进的大气痕量气体遥感探测仪器的设计理念、工作原理和功能、工作模式、谱段设置和主要技术指标。讨论了我国遥感用星载大气痕量气体探测仪器的发展现状，给出了两种典型探测仪器的工作模式、谱段设置和主要性能指标。指出了未来星载大气痕量气体探测仪器的发展方向是提高遥感仪器的光谱分辨率、空间分辨率、灵敏度和定标精度以及发展主动遥感技术等，意在为我国今后这一领域的发展提供借鉴。

在移动平台条件下, 污染气体红外遥测系统无法获取有效的背景光谱。 利用算法扣除红外光谱中的背景信息, 提取目标光谱特征, 是污染气体红外遥测系统在移动平台上应用的关键环节。 提出基于亮温光谱和主成分分析的迭代拟合算法。 相对于传统的亮温光谱法, 该算法降低了亮温光谱法对仪器响应函数的精度要求, 同时结合主成分分析和迭代拟合技术, 可有效提取目标光谱特征。