安光所研制“环境大气成份探测系统”成为研究污染过程的有力手段

环境问题已成为当今社会的一个敏感话题，大气层环境的变化直接影响着人类的生存和经济的发展。大气探测是指探测大气温度的垂直分布，大气中水汽、氧气以及二氧化碳，甲烷，氧化氮等气体成分的含量和垂直分布。

2021年7月下旬，国家重大科技基础设施航空遥感系统通过国家验收。其中“环境大气成份探测系统”由中科院合肥研究院安光所承研。该探测系统由四个独立的硬件子系统组成：大气环境激光雷达、差分吸收光谱仪、多角度偏振辐射计和主控管理系统。主要应用于大气云和气溶胶特性研究、大气环境科学和气象科学研究、大气污染突发事件应急等领域。可作为地面监测仪器或星载仪器监测的有效补充，可为污染源定位、排查提供数据支持，是快速获取区域污染信息、研究污染过程的有力手段。

大气激光雷达是激光雷达特有的一种应用,其利用激光与大气成分的相互作用来进行探测。激光雷达监测环境大气的工作原理是：激光器发射激光脉冲，与大气中的气溶胶及各种成分作用后产生后向散射信号，系统中的探测器接收回波信号，并对其进行处理分析，从而得到所需的大气物理要素。

激光雷达对大气温度的探测也起着至关重要的作用，主要有以下3 种：瑞利散射激光雷达、拉曼激光雷达和高光谱分辨率激光雷达。目前，瑞丽散射激光雷达凭借其空间分辨率高、探测灵敏度高和探测无盲区等优点，广泛应用于大气温度探测中。

差分吸收光谱技术(简称DOAS)是一种光谱监测技术,其基本原理就是利用空气中的气体分子的窄带吸收特性来鉴别气体成分,并根据窄带吸收强度来推演出微量气体的浓度.凭借其低廉且简单的设备装置和出色的监测能力,DOAS技术在大气监测领域内在国外已经被广泛应用. 其分类可根据有无光源分为主动DOAS和被动DOAS，根据光程长短分为长光程DOAS和短光程DOAS。

差分吸收光谱方法最 早由德国Heidelberg大学环境物理研究所的Platt提出，专门用于城市、地下通道、工业矿区的有害气体的监测。该方法具有原理和结构简单、响应速度快、精度高等优点。随着应用范围的不断扩大，DOAS也已经在烟气排放监测领域得到广泛应用。其基本原理是以被测气体在紫外和可见光波段的差分吸收光谱特征为基础，通过差分吸收光谱强度来反演气体的浓度。

主动DOAS方面，瑞典的一家公司于1986年成功的升级并确立DOAS技术并用于Hg的分析，美国热电子公司也设计了自己的DOAS系统。1990年，Axelson等人采用了Cassegrain结构，将接收发射装置安装在同一望远镜系统，该系统被沿用至今。2005年，DOAS的断层扫描技术被实际应用并取得良好效果，它可以获得痕量气体的二维或三维的浓度分布，对气体的三维空间监测十分有利。

被动DOAS方面，已经逐步实现了从地基观察到空中检测，再到星载遥测的发展。其中，星载遥测主要是利用卫星作为平台，从大气层外界观测某些污染物或者大气痕量气体在全 球的分布情况。2001年，瑞典的科学家率先研发出mini-DOAS设备，其便携性和简易操作的性质使得该技术被迅速应用到污染气体检测中。刚开始多用于火山喷发气体的测量，随着技术的发展，该技术被应用到发电厂，造纸厂等污染源排放集中的地方。

辐射计又称“放射计”，是一种测量电磁辐射的辐射通量的装置。“放射计”这一术语有时特指红外辐射检测计，但也可指检测其它各种波长的电磁辐射的检测计。较常见的辐射计是克鲁克斯辐射计，它是一个内有转子(带有颜色深浅不同的叶片)的处在在半真空中的早期模型，在受到光照时叶片会转动。测量垂直太阳表面(视角约0.5°)的辐射和太阳周围很窄的环形天空的散射辐射称为太阳直接辐射。

太阳直接辐射是用太阳直接辐射表(简称直接辐射表或直射表)测量。当太阳直辐射量超过120W/m2时和日照时数记录仪连接，也可直接测量日照时数。此辐射表可广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料及生态考察部门。

遥感平台是安装遥感器的飞行器，是用于安置各种遥感仪器，使其从一定高度或距离对地面目标进行探测，并为其提供技术保障和工作条件的运载工具。遥感平台通常由遥感传感器、数据记录装置、姿态控制仪、通信系统、电源系统、热控制系统等组成。遥感平台的功能为记录准确的传感器位置，获取可靠的数据以及将获取的数据传送到地面站。

现代遥感平台有气球、飞机、人造地球卫星和载人航天器等。对地观测的遥感平台应能提供稳定的对地定向，并对平台飞行高度、速度等有特定的要求。高精度高分辨率的遥感器对平台更有严格的要求，如平台姿态控制和安装精度的要求等。

对于像雷达类型的遥感器，则遥感平台还需提供安装天线、较大的电源功率等条件。对于像热红外光谱段的遥感器，遥感平台还需要提供能满足遥感器冷到所需工作温度(致冷)的条件，如在卫星上提供安装辐射致冷器或其他致冷器的条件。此外遥感平台还应提供遥感器合适的环境，如振动和抖动小、电磁干扰小、温度在合适的范围等。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院

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