1 南京信息工程大学大气物理学院，中国气象局气溶胶与云降水重点实验室教育部气象灾害重点实验室，江苏 南京 210044
2 上海卫星工程研究所，上海 201109
气溶胶在大气辐射收支平衡、气候变化、降水、云的形成以及环境污染方面扮演着重要的角色。为了实现对气溶胶光学参数的大范围、高精度、定量化测量，2019年3月使用大气环境星气溶胶碳探测激光雷达（ACDL）的机载缩比系统（Air-ACDL）在中国山海关地区开展了机载观测试验。试验完成了不同污染天气、不同高度以及不同地表类型下的多架次观测。将六天飞行试验得到的机载高光谱激光雷达（HSRL）测量的气溶胶光学深度（AOD）分别与地面站点的太阳光度计和卫星遥感数据进行对比分析，其相关系数R均达到0.90以上，其样本数量分别为86与2200。基于机载HSRL的观测数据，提出了适用于Air-ACDL的气溶胶分类方法，并对山海关地区的气溶胶进行了分类研究。使用后向轨迹传输模型、云气溶胶激光雷达和红外探路卫星观测（CALIPSO）气溶胶分类结果，以及Aura卫星臭氧监测仪（OMI）传感器等数据验证Air-ACDL测量的气溶胶分类的可靠性。多架次Air-ACDL观测结果表明：相比于传统激光雷达气溶胶分类方法，基于Air-ACDL的气溶胶分类方法能够对气溶胶进行更加准确的分类；山海关地区地理位置特殊，观测期间，当地气溶胶除由本地供暖等活动产生的城市气溶胶之外，还有受大气传输影响来自内蒙古地区的沙尘气溶胶，以及来自东南渤海地区的海洋气溶胶。
机载高光谱分辨率激光雷达 大气气溶胶 气溶胶光学特性 气溶胶分类 光学学报
2023, 43(24): 2428005
1 上海卫星工程研究所, 上海 201109
2 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, 安徽 合肥 230031
2021年9月7日发射的高光谱观测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划 (2015-2025)》中规划的一颗业务星，是我国高光谱遥感能力的重要标志。高光谱观测卫星运行于高度为705 km、降交点地方时为10：30的太阳同步轨道。针对细颗粒物探测，卫星配置了偏振交火传感器，通过由高精度偏振扫描仪 (POSP) 与大气气溶胶多角度偏振探测仪 (DPC) 构成的双偏振载荷的联合探测，获取观测区域的气溶胶光学厚度 (AOD)、PM2.5等气溶胶信息。本文主要介绍了高光谱观测卫星总体技术方案和双偏振载荷方案，详细阐述了偏振交火模式设计要点，包括时统设计、光谱通道设置、光谱匹配设计以及视场匹配设计等工程设计。同时，对偏振交火模式的在轨性能进行了评估，评估结果表明：双偏振载荷的同步观测采集时间差优于0.4 ms，视场匹配误差优于0.066 POSP像元，满足反演应用需求。最后，对双偏振载荷在轨测量精度进行了交叉验证，验证结果表明辐射测量值与参考值拟合决定系数均高于0.96，线偏振度在轨交叉验证平均绝对差异优于0.0088，均满足在轨探测精度的设计要求。
高光谱观测卫星 细颗粒物探测 偏振交火 交叉定标 hyperspectral observation satellite fine particulate matters detection polarization crossfire cross calibration 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 295
2021年9月成功发射的高光谱观测卫星 (高分五号 02 星) 是我国高光谱遥感能力的重要标志。该卫星定量化程度高, 装载的7台载荷中, 有6台具有在轨定标能力, 卫星除偏航90°场地定标和偏航太阳定标的工作模式外, 还设计了姿态机动对月定标模式。主要介绍了高光谱观测卫星的姿态机动模式和对月定标方案, 详细阐述了月球运动规律、机动对月定标的姿态机动模式、对月定标的观测窗口和角度, 并总结了月球定标的工作流程, 分析了对月定标过程的姿态指向精度、光照条件、星敏视场及卫星热控影响。分析结果表明, 在对月定标过程中, 卫星能够很好地适应机动过程带来的光照、外热流等外部环境的变化, 指向精度可以满足对月定标观测需求。
高光谱观测卫星 姿态机动 对月定标 月相角 hyperspectral observation satellite attitude maneuver lunar calibration lunar phase angle 大气与环境光学学报
2023, 18(4): 281
辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(3): 030101
1 南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室, 江苏 南京 210044
2 南京信息工程大学应用气象学院, 江苏 南京 210044
为研究大豆叶片呼吸与植被指数和叶片性状的关系, 设置田间试验, 观测不同生长阶段的大豆顶1叶、 顶2叶、 顶3叶叶片呼吸及呼吸系数, 并观测归一化植被指数(NDVI)、 差值植被指数(DVI)、 比值植被指数(RVI)、 增强植被指数(EVI)、 光化学植被指数(PRI)、 红边叶绿素指数(RECI)6种高光谱植被指数以及叶绿素相对含量(SPAD)值、 叶片鲜重、 叶片干重、 含水量、 叶面积、 比叶面积、 氮含量。 结果表明: 大豆单片叶片呼吸及呼吸系数存在明显的季节变化规律, 顶1叶、 顶2叶、 顶3叶单片叶片呼吸季节平均值分别为(0.157±0.019), (0.162±0.014)和(0.142±0.010) mg·d-1, 其呼吸系数季节平均值分别为(0.638±0.072), (0.678±0.082)和(0.642±0.076) mg·g-1·d-1, 顶1叶、 顶2叶、 顶3叶季节平均单片叶片呼吸及呼吸系数均无显著(p>0.05)差异。 不同植被指数的季节动态之间存在差异, RVI, EVI, PRI和RECI在生长季中期的数值相对更大, RVI, EVI, PRI和RECI表现为单峰曲线的变化规律。 除大豆生长初期外, 随着叶片位置下降, SPAD值、 鲜重、 干重、 叶面积均逐渐下降。 叶片含水量随着叶片生长呈现出下降的规律。 单片叶片呼吸与气温、 PRI存在极显著(p<0.01)相关关系, 与RECI、 氮含量存在显著(p<0.05)相关关系, 基于这4个因子的模型可模拟单片叶片呼吸60.4%的季节变异。 呼吸系数与干重、 比叶面积存在极显著(p<0.01)相关关系, 与气温、 SPAD值存在显著(p<0.05)相关关系, 基于这4个因子的模型可模拟叶片呼吸系数72.4%的季节变异。 本研究显示, 大豆叶片呼吸与高光谱植被指数和叶片性状存在内在联系, 采用高光谱植被指数可有效模拟不同位置叶片呼吸及呼吸系数的季节变异。
大豆 叶片呼吸 呼吸系数 植被指数 叶片性状 Soybean Leaf respiration Respiration coefficient Vegetation indexes Leaf characteristics 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1607
1 合肥市气象局市公共气象服务中心, 安徽 合肥 230031
2 安徽省气象信息中心运行监控科, 安徽 合肥 230031
利用安徽省高速公路能见度观测站网的分钟能见度及温湿风资料, 在全面分析能见度与各个气象要素相关性的基础上, 重点探讨了高速公路能见度的短时预测模型。应用 BP 神经网络, 以湿度、温度、平均风速、瞬时风速、极大风速作为 BP 神经网络输入层, 输出层为能见度, 结果表明整体试验数据偏差在可接受范围内。采用顺序试验样本时, 相对误差在 20% 以内的占总试验次数的 68.6%; 在随机样本各次试验中, BP 网络模拟输出与检验样本的相关性较好, 相关系数在 0.6～0.8 之间; 低能见度随机样本试验结果表明, 模型输出值与样本值均方根误差集中在 700sim850 m 之间, 变化幅度不大, 说明神经网络算法具有较高的稳定性。
逆传播神经网络 能见度 气象要素 预测模型 back propagation neural network visibility meteorological elements prediction mode 大气与环境光学学报
2021, 16(5): 415
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
多角度偏振成像仪用于获取全球大气气溶胶和云性质参数,能探测大气多角度偏振信息。偏振探测是仪器的重要特性,大视场光学仪器起偏效应显著,应予以定标校正。在轨运行前通过实验室、外场对偏振探测性能进行全面检测。在轨运行时,设计基于自然目标偏振特性的在轨检测方法,进行数据校正后,再对大范围海洋耀光和水云偏振虹进行分析,通过偏差分布图像可在复杂多云的数据环境中直观显示仪器状态,实现了全视场偏振探测性能的快速评测,验证了地面应用系统数据处理的有效性。在轨偏振探测性能与实验室、外场检测的性能一致,探测精度满足优于0.02的设计指标。检测数据为气溶胶和云反演应用提供重要依据,各阶段检测方法为广角偏振遥感仪器检测提供参考。
测量 偏振成像仪 偏振探测 偏振光源 在轨评测
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
为实现星载多角度偏振成像仪在环境模拟测试、装星测试等场合的检测要求,设计了一种具有多角度、 多光谱和偏振性能的测试光源。依据多角度偏振成像仪的工作原理及测试需求,开展了检校光源的设计, 完成的光源方案由29个多波段LED平行光管米字型排布构成。通过光学建模,分析了平行光管口径、 发散角及安装视场,并在辐亮度计算基础上,完成了LED选型及驱动设计,以及匀光扩散片、衰减片、 偏振片及退偏器等组件设计,实现了满足仪器多波段不同动态范围要求的均匀光斑照明及标 准偏振度源输出。最终检测结果表明,光源满足多视场点、多光谱、偏振特性测试要求,稳定 性优于99.2%,偏振度优于1%,重复安装精度优于1个像元；满足载荷辐射5%、偏振2%、 几何1像元的性能检测需求,以及通道切换功能监视等要求。
光学仪器 测试光源 大视场 平行光管 性能检测 optical instrument test light source wide field of view collimator performance testing 大气与环境光学学报
2019, 14(2): 144
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室,安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
杂散光仿真分析是保证多角度偏振成像仪获取高精度偏振辐射数据的关键手段之一。根据仪器光学系统的自身特点,分析了杂散光的主要来源。 针对采用点源透过率法难以适用于大视场光学系统杂散光分析的问题,介绍了基于黑斑法原理进行杂散光仿真分析的方法。借助杂散光分析 软件LightTools,建立仪器的三维几何模型及光学属性,采用选定视场点反向光线追迹的方法仿真分析得到光机系统的视场外和视场内杂散光 系数。分析结果表明,杂散光主要来源于成像视场范围内,且中心视场受到的杂散光影响最大,杂散光系数为3.27%,达到了设计指标要求。 此外,采用近轴光线和实际光线正向追迹,模拟得到局部杂光和全局杂光的能量分布,为后期的图像杂散光校正研究提供了理论依据与指导。
多角度偏振成像仪 黑斑法 反向光线追迹 全局杂光 局部杂光 directional polarization camera black spot backward ray tracing global stray light local stray light
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥 230031
2 中国科学技术大学, 合肥 230026
3 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 合肥 230031
根据多角度偏振成像仪光学系统特点, 分析了仪器的鬼像分布特性, 结合光学设计软件CodeV与ZEMAX确定了产生严重鬼像的光学工作面, 并对实验测得的鬼像图像进行了标记.在此基础上, 利用鬼像畸变与视场的关系, 采用多项式拟合的方法得到仪器全视场鬼像位置和形变, 并通过实测图像确定了原像和鬼像图像之间的能量衰减比, 建立了仪器全视场的鬼像校正模型.最后分别对未饱和及过饱和图像进行了校正, 结果表明, 此校正方法可以消除至少90%的鬼像杂光.
成像系统 多角度偏振成像仪 鬼像校正模型 鬼像位置 能量占比 Imaging systems Directional polarimetric camera Ghost correction model Ghost position Energy ratio
