基于激光诱导荧光原理研制出一套激光诱导荧光探测气溶胶的装置。该装置采用Nd:YAG脉冲激光器产生355 nm波长脉冲激光, 经过引导后进入样品池,激发出的荧光被系统收集后进入高分辨率光栅光谱仪,得到样品的荧光光谱图。选用还原型辅 酶I(NADH)和核黄素两种典型的生物荧光物质对系统的性能进行测试,在355 nm激光激发下,获取了还原型辅酶I(NADH)、 核黄素荧光光谱图;研究了样品浓度对于荧光光谱强度的影响,结果表明在低浓度范围荧光强度与浓度呈线性关系; 考查了激光能量对荧光强度的影响,在一定能量范围荧光强度与激光能量呈线性关系,但当激光能量达到一定值后 荧光强度会发生饱和。该装置所建立的生物性物质荧光数据库有利于了解和掌握生物荧光特性,对于进一步实现生物气溶胶远距离探测具有重要意义。

卫星遥感技术是研究大气气溶胶时空变化规律的重要手段之一。高分四号卫星(GF-4)作为新一代静止卫星,不仅具备更多的可见-近红外波段,而且具有超高 时空分辨率的特点,可以执行对固定区域连续观测或凝视扫描覆盖观测,为气溶胶光学厚度定量反演提供了有利条件。基于GF-4静止卫星超高时 空分辨率卫星数据,在深入了解卫星观测模式及传感器波段对气溶胶反演敏感性基础上,基于地气时变差异核心思路,开发了针对GF-4超高时空分辨 率数据气溶胶光学厚度反演算法;设计并实现了具备业务化反演气溶胶光学厚度能力的软件系统,软件系统具备多线程、全自动运行能力, 满足卫星数据处理业务化需求。利用该系统对GF-4数据进行了处理和分析,通过地基仪器实测的气溶胶光学厚度进行了验证, 取得了初步结果。结果表明,该系统具有良好的可靠性和稳定性,可以服务于大气颗粒物时空变化遥感监测。

随着遥感器数量和种类的增加以及对于遥感器定标精度要求的提高,定标任务加重。高频次定标能够降低定标误差,提高定量化水平。但依托少量定标场地的在轨定 标模式已经无法满足业务应用的时效性和功能性需求。针对高频次、高时效、多时相的多场地在轨定标需求,开发了智能化定标任务规划系统。依托国内核心场 和国外数字场建立了全球定标场网信息数据库,重点解决了场地特征、卫星及载荷特性、空间和时间上的匹配问题。通过场地及卫星属性数字化,把定标规划需要 考虑的复杂因素转化为匹配计算的规则和计算机可识别逻辑。可以实现全球范围内多场地定标任务规划,从而提高定标工作效率,达到高频次定标的目的。

大气主要温室气体监测仪(greenhouse gases monitoring instrument, GMI)采用空间外差干涉技术,能有效探测759～2058 nm波段 大气高分辨率吸收光谱信息。星上定标是GMI光谱图像数据定量化应用的基础, 在阐述了GMI成像和光谱定标原理的基础上,探讨了星上光谱定标方法,确定了外部光源特征谱线法的星上光谱定标方案。通过对模拟数据的计算, 进一步分析了定标不确定度,得出星上光谱定标不确定度为0.030 nm。定标结果显示定标不确定度主要受定标光源不确定度,以及回归不确定度影响, 该方法满足仪器的定标要求,为大气主要温室气体的定量化反演提供了依据。

相对辐射校正是实现多角度偏振探测仪全视场高精度辐射定标的关键技术之一。提出了一种高精度自动化的相对辐射校正方法, 采用15×15个分视场扫描测量的方式,通过高精度大型二维转台和大口径积分球参考光源实现全视场的辐射响应测量; 模拟在轨工作模式,规范了数据采集流程,编写数据采集软件实现了辐射响应图像数据获取;设计数据图像拼接算法和相关 的数据处理方法,完成了相对辐射校正的数据处理和精度分析。数据比对分析和精度分析结果表明相对辐射校正精度在0.5%～0.8%之内。

回波信号数据采集设备是激光雷达系统的关键部分。为了提高信噪比,回波信号数据采集设备应当具有滤波和高速数据累加功能,为了满足 不同重复频率激光雷达的探测需求,累加过程的采集深度和累加次数等参数应当是可配置的。使用FPGA作为主控设备,实现了一个采样率为20 MHz, 具有滤波和硬件累加功能,且参数可配置的通用回波信号数据采集卡(DAQ card)。测试结果表明,在不同重复频率的触发信号下,采集卡实现了基 本的参数配置功能和累加功能,信噪比为71.9 dB。与国外某回波信号数据采集设备相比,采集卡在高重复频率激光雷达中具有更远的探测距离和更高的信噪比。

利用NILU-UV紫外辐射探测仪,在2015年1月至2016年12月期间,对西藏拉萨太阳紫外辐射及其影响因子(云、臭氧等)进行观测。结果显示,观测期间紫外辐射 平均日剂量为1.24 MJ·m-2·d-1,其中夏季最高,为1.57 MJ·m-2·d-1,冬季最低,为0.87 MJ·m-2·d-1。 拉萨当地正午时分(05:25～06:25 UTC)平均紫外线指数为8.34,夏季平均值达到11.53,冬季为5.02。紫外线指数瞬时最大值为20.78,紫外辐射日剂量 最大值为2.58 MJ·m-2,两者均出现在2016年8月。夏季拉萨云况变化复杂,出现云增强地面紫外辐射的现象。观测期间拉萨当地正午小时平均 臭氧柱总量为264.2 DU,臭氧含量变化幅度不大。

利用2011～2014年北京太阳光度计数据对北京地区的气溶胶光学特性进行了研究。北京地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD) 全年较高,四年440 nm波长的AOD年均值分别是0.67±0.70, 0.69±0.71, 0.73±0.66, 0.75±0.66。AOD月均值表现出 一定的季节变化,最大值和最小值一般出现在春季和秋季。通过气溶胶类型分类可知,除了春季受沙尘大颗粒气溶胶影响外,北京地区高气溶胶主要 由城市细粒子气溶胶引起,且四季小粒子增长现象明显,其中夏秋季主要为吸湿性增长,其他季节主要为静稳天气下的增长。 对比沙尘和霾天气下气溶胶性质,结果表明:霾天气下AOD一般高于沙尘天气, Hysplit风场后向轨迹模型 结果表明,沙尘天气下气团为穿过蒙古草原和沙漠的西北风场。在灰霾天气下风场风速较小且主要以东南和西南风场为主,高气溶胶状 态为本地积累和外来输送共同作用产生。

针对藻类叶绿素荧光信号微弱难以准确检测的问题,提出了基于m序列调制技术的叶绿素荧光检测系统。 分析了荧光检测电路的噪声特点,设计了基于T型电阻反馈网络的I/V转换电路和二级放大电路；根据m序列解调原理, 设计了双极性转换电路、移相电路和基于AD630的荧光信号解调电路。将系统应用于蛋白核小球藻叶绿素荧光检测, 结果表明,对于叶绿素浓度为10 μg/L的蛋白核小球藻,测量相对标准偏差为2.61%。在0～100 μg/L叶绿素 浓度范围内,检测系统输出直流电压值与蛋白核小球藻叶绿素浓度之间的线性相关系数达到0.998。