SAME青年编委专辑
青年人才是国家战略人才力量的源头活水。 《光学学报》推出 “空间、大气、海洋与环境光学”（SAME）专题刊的同时，组建了一支强有力的青年编委。他们有朝气、有活力，不仅勇攀科技高峰，还积极为期刊献计献策献文，是促进中国科技期刊建设的生力军和后备力量！
为集中展示青年编委风采，编辑部定向邀约、组织本期“青年编委专辑”，共收录16篇特邀论文，分别涵盖激光雷达、温室气体探测、光谱传感技术、光学散射技术以及海洋光通信等领域。希望本期专辑能够为空间光学（S）、大气光学（A）、海洋光学（S）和环境光学（E）等相关领域的广大研究人员提供参考，促进合作交流。
中国科学院上海光学精密机械研究所航天激光工程部
[摘要]为实现对全球气溶胶光学参数剖面的高精度测量，采用基于碘分子滤波器的高光谱分辨率探测技术。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的大气再分析数据集（ERA5）的温度和压强数据，选取在轨期间途经撒哈拉沙漠和加拿大山火区域的星载高光谱分辨率激光雷达（HSRL）的观测数据，对沙尘类气溶胶和烟尘类气溶胶的光学特性进行分析，包括气溶胶的后向散射系数、消光系数、退偏振比和雷达比。结果表明：撒哈拉沙漠地区近地面5 km以内的气溶胶分布主要以沙尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.2~0.4，雷达比数值集中在40~60 sr；加拿大山火地区的气溶胶主要以烟尘类气溶胶为主，其退偏振比集中在0.02~0.15，雷达比在50~70 sr范围。激光雷达特有的高光谱探测技术，在气溶胶和云的精细化探测和分类方面具有重要应用，将在环境监测中发挥重要作用。
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院大气光学重点实验室
[摘要]卫星遥感能够获取全球范围的大气环境参数，主要包括主动和被动两类探测技术。星载激光雷达作为典型的主动光学遥感载荷可以用于探测全球大气气溶胶、云、大气风场和温室气体等，并可以反演垂直廓线信息。本文概述了星载激光雷达探测技术的发展历程，较为全面地总结了星载激光雷达载荷轨道及技术参数，并与被动光学遥感载荷进行了比较，探讨了主被动星载大气探测载荷各自的优劣势和未来发展趋势。通过对比分析，为未来不同应用场景的大气探测载荷选择提供参考，有助于更好地利用卫星数据反演全球大气参数。
太原理工大学物理学院;中国科学院国家空间科学中心
[摘要]中层顶区域（80~110 km）的大气探测具有重要的科研和应用价值。长期以来，由于传统探测手段的限制，该区域一直是人类了解相对较少的大气层区域，存在着由流星注入产生的大气金属层。由于金属原子、离子共振荧光散射的散射截面比瑞利散射、拉曼散射大得多，其可以被激光雷达探测到。半个世纪以来，利用原子、离子特定波长的跃迁光谱，向高空大气发射特定波长的激光，并结合遥感技术，开展了大气金属层探测，这些金属原子、离子是大气波动极好的示踪物，可获得大气原子数密度、温度、风场等参量。近年来，随着热层金属层不断被发现，大气金属层的高度范围逐渐拓展，金属层研究又受到人们的极大关注。本文以作者团队及合作者的工作为基础，以大气金属层激光雷达采用的激光器发展历程为主线，介绍了地基激光雷达对大气金属层探测研究的发展过程以及国内外研究现状与发展趋势。
中国科学院空天信息创新研究院国家环境保护卫星遥感重点实验室
[摘要]全球气候治理和温室气体减排已经到了刻不容缓的地步。自工业革命以来，大气甲烷（CH4）体积分数一直持续上升，目前全球平均值已达约1895.7×10-9，加上CH4全球变暖潜能值比二氧化碳（CO2）高约27~30倍，因此对大气CH4的监测成为碳减排的重点与热点。利用卫星遥感探测速度快、覆盖范围广、获取信息丰富等优势，可以实现高精度、高时空分辨率且全球覆盖的大气CH4浓度监测。据此，首先对大气CH4探测卫星及传感器的发展进行梳理与介绍，从早期的被动热红外探测，到对近地CH4浓度变化更为敏感的被动短波红外探测，再到以甲烷遥感激光雷达任务（MERLIN）为代表的主动型探测，CH4探测传感器空间分辨率提升至5~10 km，探测精度提升至10×10-9以内，并朝着高时空分辨率、高精度和连续观测一体化的目标不断发展；然后，对各类传感器不同算法的原理、适用条件和反演精度等进行归纳总结，其中精度最高、应用最为广泛的全物理算法的反演精度已达到了0.3%；最后，结合大气CH4卫星遥感发展现状与双碳目标的战略需求，对CH4卫星遥感和反演研究的发展趋势进行总结与分析，旨在为我国大气CH4卫星遥感体系建设提供一定的参考。
北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院;北京大学物理学院大气与海洋科学系
[摘要]臭氧是大气中重要的痕量气体，可影响对流层与平流层大气状态和过程。约90%的臭氧集中在平流层，可吸收下行紫外太阳辐射，保护地球生命系统；约10%的臭氧位于对流层，其空间分布多受局地生成和跨区域输送的影响。目前，臭氧已逐渐成为我国甚至全球首要污染物，臭氧污染防治也相应地成为我国未来大气污染防治的重点。本文回顾了卫星遥感臭氧的发展进程，包括臭氧卫星探测传感器、反演算法和应用进展，并着重分析了臭氧污染相关内容，包括臭氧污染时空特征分析、典型污染事件分析、臭氧污染与气象条件相互作用等。多种卫星探测载荷的仪器设计和反演技术的不断发展，使得卫星遥感臭氧反演和监测应用成为可能。卫星可通过紫外谱段和红外谱段而获取臭氧整层信息和垂直分布信息，目前臭氧柱总量监测精度较高，但对流层下层和近地面臭氧浓度反演精度还有待提高。根据现阶段的技术水平，可采用多种技术方法相结合来提升中低层臭氧的探测能力。臭氧污染的监管和防控需要摸清来源，准确评估污染的成因，可从前体物排放、化学转化、气象影响、三维传输等方面逐步进行解析。此外，氮氧化物（NOx）和挥发性有机物（VOCs）的协同减排是我国臭氧治理的根本所在，也是下一步的重点研究方向。
中国科学技术大学地球和空间科学学院
[摘要]分析了国内外主要的温室气体通量测量方法，包括针对地球生态系统通量的测量方法和针对人为排放通量的测量方法。梳理了地基原位通量测量网络、地基和星载被动遥感技术和以激光雷达为代表的主动遥感技术的研究现状与进展，分析了当前测量技术对人为碳排放的探测能力。结合国内外发展趋势，展望了为满足全球和区域人为碳排放监测的需求，需要同化原位探测与主动遥感探测数据、通过科学的卫星组网提高时空分辨率并建立不同尺度的模型。
武汉大学遥感信息工程学院
[摘要]云和气溶胶是地球大气系统的重要组成部分，对大气环境、气候变化和人类健康有着重要影响。近几十年来，Mie散射激光雷达以其全天候、高时空分辨率和垂直分布探测的优势备受关注，在云和气溶胶特性研究及大气环境监测中获得了广泛应用。本文简要介绍了Mie散射激光雷达的探测原理和发展历程，重点梳理了Mie散射激光雷达中的重叠因子修正、层次检测和信号反演等关键问题的研究进展与挑战，并对相关技术和方法的特点及其适用性进行了探讨，最后对Mie散射激光雷达数据反演的未来研究方向进行了展望。
中国矿业大学环境与测绘学院江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室
[摘要]煤炭开采是我国最主要的甲烷排放源之一，建立高时空分辨率的甲烷排放清单是推动煤炭行业甲烷减排的重要抓手。以Sentinel-5P/TROPOMI、GHGSat-D/WAF-P、GF-5/AHSI为代表的遥感卫星已成功用于区域和点源尺度的煤炭行业甲烷排放检测与量化研究。介绍当前可用于煤炭行业甲烷排放研究的遥感卫星及数据，分析相应的甲烷柱浓度及排放速率遥感反演技术进展，并讨论其适用性与优缺点。建议以煤矿聚集区和单一煤矿为两个关键尺度，加快建设中国煤炭行业的“自上而下”甲烷排放清单，指出未来需要重点研究的3点内容：采用TROPOMI数据和简化质量平衡法，反演全国14个大型煤炭基地的甲烷排放；基于10 nm分辨率的高光谱遥感卫星，检测与量化全国数千家煤矿的甲烷排放量；挖掘不同尺度遥感卫星观测之间的内在联系，开展协同分析。
中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院
[摘要]大气边界层低空急流是一种重要的边界层物理过程，与污染传输、航空安全、风能开发利用等存在密切联系。相干多普勒测风激光雷达自2020年9月21日至2021年5月8日布设于辽宁葫芦岛市开展风场观测实验，使用激光雷达垂直风场观测资料对该区域大气边界层低空急流展开观测研究，并结合ERA5再分析资料与环境监测站PM2.5质量浓度数据分析。研究时段内，低空急流出现频率为0.11，平均急流风速为13.2 m·s-1，急流风向主要集中在东北向与西南向，急流高度主要在500 m以下，在200~300 m频率最高；低空急流风向在冬季与春季存在明显差异，冬季主要集中在东北向，春季主要集中在西南向。分析表明，该区域边界层低空急流的风向主要受到大尺度天气环流背景以及海岸线走势的影响；在沿海区域，海陆热力性质差异引起的温度梯度会根据不同背景风场为急流形成提供有利或不利条件，进而影响不同风向情况下的急流发生频率。夜间边界层低空急流通过增强近地层大气垂直扩散能力，加速PM2.5质量浓度的降低或削弱其增长速度。
哈尔滨工业大学航天学院可调谐激光技术国家级重点实验室
[摘要]首先，利用有限元分析方法，仿真模拟了石英音叉的应力和表面电荷分布，设计并加工了一种T字头石英音叉。经过实测，此T字头石英音叉的共振频率为8930.93 Hz，Q值为11164，叉指间距为1.73 mm，与目前广泛应用的商用石英音叉相比，T字头石英音叉的共振频率降低了73%，品质因数提高了22%。然后，通过测量水汽对其传感性能进行验证，发现相比于商用石英音叉，基于T字头石英音叉的石英增强光声光谱（QEPAS）系统信噪比提升了60.65%。最后，给出了石英音叉下一步优化的方向。
大连理工大学光电工程与仪器科学学院
[摘要]光声光谱技术作为一种超高灵敏度的气体检测技术，声波传感器作为核心部件直接影响着系统的体积和检测极限。传统光声光谱技术使用电容式麦克风作为声波探测单元，但该器件的电学特性易受到高温环境和电磁干扰影响。在全光学光声光谱系统中，利用光学声波传感器对光声信号进行探测，避免了电子探测元件的使用，具有环境适应性强、灵敏度高等优点，且系统中全光学的设计可以极大地减小光声传感单元的体积。综述了基于干涉型光学声波传感器的全光学光声光谱气体传感技术的研究进展，并展望了其未来的发展方向。
山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室
[摘要]讨论无人机载污染气体激光监测技术的发展现状以及在我国“天地空”一体化监测体系中的应用价值。无人机载污染气体激光监测平台由无人机平台和机载污染气体激光传感器两部分组成。从无人机平台出发，首先介绍当前无人机平台的类型，阐明不同类型无人机的优势和劣势；然后，介绍适用于无人机装载的几种激光光谱传感技术原理和相关应用，讨论无人机载污染气体激光监测技术在气体监测领域的应用潜能。
吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室
[摘要]制备了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的梯形光波导甲烷传感器，采用片上波长调制光谱技术，开展了气体检测实验，将仿真结果与实验结果进行了对比，证明了基于波长调制光谱的仿真模型的准确性。狭缝波导是常用的非悬浮波导气体传感器结构，优化了下包层为氟化镁、芯层为硫系玻璃的狭缝波导传感器结构，外限制因子达到了42%。根据实验测试得到的噪声幅值，理论研究了狭缝波导气体传感器和波长调制光谱技术结合的性能，分析了环境压强和工艺误差对狭缝波导气体传感器性能的影响。本工作为基于波长调制光谱的片上气体传感器的设计提供了指导。
基于虚像相位阵列光谱仪的宽带高分辨率CO2吸收光谱测量技术研究 
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所
[摘要]为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性，搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪，单帧谱宽约为25 nm（140 cm-1），光谱分辨率为4.5 pm（0.024 cm-1），结合改进的旋转光栅结构，实现了1.26~1.50 μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池，在1.43~1.45 μm处，以CO2为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究，使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度，考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。
清华大学深圳国际研究生院
[摘要]从技术上获取悬浮粒子与光相互作用的指标体系，从理论上模拟悬浮粒子与光相互作用的过程和机制，进而借助光散射技术对悬浮粒子的微物理属性进行定性定量的识别、区分和反演，是相关领域研究者的关注焦点。光学测量中的偏振散射分析，不仅能实现原有粒子散射过程的检测，还能借助偏振矢量分析有效扩展实验数据的信息维度，从而为不同粒子类别和属性差异的细化识别提供可能。本文针对悬浮粒子的测量与分析问题，从测量技术、计算理论、实测数据分析几个方面对光散射相关进展进行了综述，并重点关注了基于粒子散射偏振分析提取的悬浮粒子研究进展。
长春理工大学光电工程学院
[摘要]因斯-高斯（IG）光束在复杂信道传输中具有较好的抗干扰能力。为此设计并搭建了基于模拟海洋湍流信道的激光通信实验平台，详细研究IG光束在海洋湍流信道下光束信号的传输及通信特性。首先实验对比研究了不同海洋湍流强度条件下，IG光束和高斯光束传输后的光强闪烁指数、质心漂移和探测器接收功率情况；其次通过调制0.5~3 MHz频率的方波信号，进一步研究两种光束传输后调制信号波形失真特性；最后进行IG光束和高斯光束的7.5 Mbit/s通信性能对比实验。实验结果表明：IG光束的闪烁指数、质心漂移、功率抖动均优于高斯光束，且随着海洋湍流强度增加，IG光束闪烁指数和质心漂移改善能力增强，功率抖动改善能力降低。在不同模拟海洋湍流中，相同频率的IG光束调制方波波形失真度整体低于高斯光束。在误码率为3.8✕10-3（前向纠错阈值）时，IG光束在不同注水高度信道、不同温度信道和不同盐度信道中的通信性能比高斯光束分别提高了0.8 dB、4 dB和2.5 dB。该实验结果可以为IG光束应用于水下激光通信提供参考。
