石英增强光声光谱技术(QEPAS)在2002年由Kosterev首次提出,在短短十几年中,这种技术已经被应用在众多 领域中,并取得了很多突破性进展。介绍了石英增强光声光谱传感器近期在技术改进及结构设计等方面的最新 发展与动态,以期对相关领域的研究者提供参考。

大气吸收波段对于从卫星高度向下探测空间亮目标有特殊的优势,使用辐射传输模式MODTRAN5模拟计算了中红外大气吸收波段不同光谱分辨率100 km高度大 气背景辐亮度的变化。将三个波段不同分辨率的结果平滑到统一分辨率进行对比表明: 4.3 mm不同光谱分辨率相对误差最大可超过10%; 其中0.2 cm-1光谱分辨率的计算结果与精确的逐线积分最为接近; 3.2 μm与2.7 μm波段不同光谱分辨率的计算结果误差较小,其 中2.7 μm波段最大误差小于5%。进一步将MODTRAN4和MODTRAN5的1 cm-1、5 cm-1光谱分辨率计算结果与逐线积分做了比较,表明 使用MODTRAN5的低光谱分辨率计算4.3 mm波段的辐亮度可能产生较大误差。

通过使用大气相干长度仪测量了华南山区部分月份的昼夜整层大气相干长度,结合使用温度脉动仪获取的近地 面部分测量高度的折射率结构常数数据,分析结果表明：在10、11、12月份中,白天11月的测量结果最大,夜间测 量结果较为复杂,下半夜的测量数据小于上半夜的测量数据;从频数分布来看,白天中心值为8.5 cm,主要集中 在6～12 cm之间,夜间中心值为13.0 cm,主要集中在10～18 cm之间,其平均值明显大于白天的结果; 从近地面层对整层大气湍流强度的贡献来看,白天比夜间受到的影响更为明显。

选取合肥市近50年年平均大雾日数、近10年逐日大雾观测资料,分析了该市大雾时空特征；并利用ECMWF细网格预 报场资料对该市秋冬季发生的大雾过程进行预报释用。结果表明：合肥市大雾有缓慢的线性增加趋势,大雾异 常年占比20%；出雾时段91%在早晨04:00～10:00,辐射雾占比为94%; 11月、1月,大雾和浓雾天气出现频 数均最多;大雾天气冬半年多于夏半年,但12月份雾天反而较少;肥西观测站大雾和浓雾天气出现频数均最多; 温度、湿度、风速和云量等气象要素条件指标与辐射雾生成具有较好的对应关系。

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出, NO2 和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角 色。地基多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶 胶光学厚度(AOD)测量方面。基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2 柱浓度以及气溶胶光学厚度进行 了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计(CE318)进行了对比。结 果表明, MAX-DOAS测量结果要高于卫星值, 11月6日MAX-DOAS测量NO2 柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云 条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。

硫酸盐和硝酸盐作为大气颗粒物可溶性组成的重要成分,对环境气候和人体健康有重要的影响,因此实 现对其快速定量检测具有重要的科研意义。利用衰减全反射傅立叶变换红外光谱( FTIR-ATR)对硫酸盐 及硝酸盐单组份水溶液进行了定量分析,线性关系良好,相关系数分别为0.9982、0.9997。利用正交实验 设计配制了硫酸盐及硝酸盐的混合溶液,分别利用一元校正和基于偏最小二乘(PLS)模型算法的多元校 正对硫酸盐和硝酸盐两组分进行了定量分析。结果表明SO2-4离子一元校正预测精度优于PLS预测精度,预 测值平均相对误差为2.6%, NO-3♂离子基于PLS模型的预测精度优于一元校正,预测值平均相对 误差为2.31%。这种方法快速、简便,为同时定量分析气溶胶未知液中硫酸盐和硝酸盐的含量建立了基础。

可调谐半导体吸收光谱(TDLAS)技术具有高选择性、高分辨率和速度快等优点,已经在环境检测、工业过程检测等方面得到广泛应用。主要分析洛伦兹线型拟合,研 究Levenberg-Marquardt算法的原理及实现步骤,基于Levenberg-Marquardt算法实现吸收谱线的洛伦兹线型拟合。对六组不同浓度的CO2 标准 气体进行浓度反演,反演浓度与实际浓度的相关系数达0.9928,表明洛伦兹线型拟合可以准确反演出气体的浓度,对TDLAS技术中浓度的反演具有实际的指导意义。

为了实现对遥感图像快速、精确的大气校正,提出了一种联合偏振光强度信息和偏振度信息的图像大气校正算 法。该算法首先采用矢量偏振辐射传输模型(vectorized linearized discrete ordinate radiative transfer, VLIDORT)建立一个由观测几何、目标偏振信息、大气条件、气溶胶模式等参数组成的 查找表,然后通过查找表插值方法对输入的图像进行大气校正。实验结果表明,偏振图像大气校正 算法在雾天成像条件下,使得图像对比度提高了41.84%,图像信息熵值提高了0.44,很好地去除了 雾对图像的影响。进而说明偏振图像大气校正算法能够很好地还原目标强度信息和偏振度信息,提 高图像的对比度,增加图像的信息熵值。

Stephen在2008年提出了一种新型亮温经验函数,为反演云底高提供了一种无需计算大气中实时水汽含量 的新方法。利用SBDART模式和Stephen亮温函数比较系统地研究了不同天顶角、水汽、云、气溶胶、能见 度等气象要素条件下,云底红外亮温Tb随天顶角的变化情况,并对其进行误差分析。模拟结果显示,水汽、 云、天顶角及能见度小于5 km时对Tb影响较大,不同气象要素条件下, Stephen亮温函数模拟的云底 亮温与SBDART模拟结果相近,所以,采用Stephen亮温函数模拟云底亮温具有可行性。

以美国国家环境预报中心(NCEP) 提供的FNL资料作为研究对象,对该资料的特点、包含内容、解码以及使用方法做出介绍。以Visual C++6.0为编程工具,开发针 对FNL资料的数据分析程序,提取温度、气压、臭氧等气象和大气分子参数。结果表明FNL资料具有较高的可信度,可以为场地定 标提供部分参数输入。基于数据分析结果,实现瑞利散射光学厚度、水汽含量和臭氧吸收光学厚度计算等方面的应用。提出 下一步的研究方向。