为了实现建材行业的“碳达峰、碳中和”目标，使用工业钙质原料和硅质原料在1 350 ℃制备了一种低钙固碳胶凝材料，研究了不同CO2浓度养护对低钙固碳胶凝材料碳化程度和碳化后性能的影响，并通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)等测试手段进行了低钙固碳胶凝材料碳化后的产物分析、微观分析和机理分析。结果表明，随着CO2浓度的提高，低钙固碳胶凝材料的碳化程度和抗压强度显著提高，当CO2浓度为99.99%（体积分数）时，低钙固碳胶凝材料碳化8 h后的抗压强度为132.2 MPa，与CO2浓度为25%时相比，抗压强度提高了260%。

为明确大气CO2浓度升高对大豆糖代谢和脂肪代谢的影响, 本研究以高油大豆品种“晋大70”为材料, 利用控制气室设置CK(CO2浓度为400?μmol/mol)和EC(CO2浓度为600 μmol/mol)两个处理, 大豆整个生育期均在控制气室内, 在大豆鼓粒期利用便携式气体交换系统LI-6400测定光合参数, 测定叶绿素含量、糖代谢和脂肪代谢相关指标, 并在收获期测定产量指标。结果表明: CO2浓度升高显著提高叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量, 使大豆净光合速率和水分利用效率显著提高59.7%和63.2%; 叶片中的蔗糖磷酸合成酶和异柠檬酸裂解酶活性在高CO2浓度下显著升高28.8%和215.0%, 琥珀酸脱氢酶活性、乙酰辅酶A羧化酶和二酰基甘油酰基转移酶活性显著降低; CO2浓度升高使籽粒中可溶性糖含量、蔗糖含量、蔗糖合成酶和异柠檬酸裂解酶活性显著下降, 但显著增加异柠檬酸脱氢酶(248.2%)、琥珀酸脱氢酶(75.0%)、乙酰辅酶A羧化酶活性(15.8%); 大豆的单株粒重、单株荚数和百粒重在CO2浓度升高条件下显著升高25.6%、23.4%和21.1%。研究表明, 在高CO2浓度下, 大豆鼓粒期叶片蔗糖代谢和磷酸戊糖途径代谢加强, 三羧酸循环和脂肪代谢减弱, 籽粒中蔗糖代谢减弱, 磷酸戊糖途径、三羧酸循环和脂肪代谢加强。本研究结果将有助于了解CO2浓度升高条件下对大豆糖代谢和脂代谢的影响, 为未来气候变化背景下大豆生产与管理提供理论依据。

利用2002年12月到2016年11月的大气红外探测仪(Atmospheric infrared sounder, AIRS)卫星观测资料,分析了全球 和东亚地区(70～140°E, 10～55°N)CO2浓度的时空变化和季节分布特征,并与地面观测 资料进行了对比。结果表明: 1) AIRS反演的CO2资料与地表观测资料相关系数均在0.9以上,且年均值相对误差均 在1%以内。2)全球CO2年平均浓度从2003年的375.16 ml/m3增加到2016年的401.24 ml/m3, 年平均增长率约2.01 ml/m3;同期,东亚地区CO2平均浓度从2003年的375.13 ml/m3增加 到2016年的402.22 ml/m3,年增长率约为2.08 ml/m3,高于全球的年平均增长率。 在2010～2016年,北半球大部分地区CO2浓度增长率低于2003～2009年的增长率。CO2增幅较明显 的区域位于北半球高纬度地区如中西伯利亚和格陵兰岛等地上空。3)CO2分布存在明显的区域性,高值区主要位于 北半球的中高纬度地区;低值区主要位于青藏高原上空。在南半球,CO2浓度的高值区主要位于南美洲中纬度地区; 低值区主要出现在低纬度(0～20°S, 50°W～5°E)的大西洋上空。在对流层中低层(4～6 km), AIRS反演的CO2浓度的季节变化特征准确性较高,特别在冬季,北半球大部分地区的CO2浓度随着时间 变化呈现先减小后增加的趋势。4)在东亚地区,CO2高值区位于中国北方地区,呈带状分布。

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量CO2浓度时, 由于测量氛围温度变化的影响引起气体吸收谱线的线强和线型发生变化, 最终导致浓度测量存在较大误差。 为了克服温度变化对浓度测量的影响, 选用中心波长在1 580 nm的DFB激光器, 基于直接吸收法, 模拟电厂尾部烟道内的高浓度二氧化碳气体环境, 研究了在常温(298 K)和变温(298~338 K、 间隔10 K)不同温度工况下CO2浓度的测量。 结果显示, 常温浓度测量的最大相对误差为-5.26%, 最小相对误差为1.25%, 相对误差均方值为3.39%, 验证了TDLAS测量系统在常温下有着良好的测量精度和稳定性, 但其在变温测量时浓度测量结果误差较大, 其最大相对误差已经超过25%。 为了修正温度变化对浓度测量结果的影响, 适应工业测量的需要, 在变温测量基础上利用最小二乘法拟合出测量系统在不同温度下的浓度与气体吸收的修正关系式。 经过修正后, CO2浓度测量的相对误差降到5%以下, 相对误差均方值降到3.5%以下。 修正结果表明, 所提出的修正方法可以有效抑制温度变化对浓度测量结果的影响, 显著提高了测量系统在变温环境下的测量精度和稳定性, 为TDLAS系统测量CO2浓度的现场应用提供了理论支持和技术保障。

飞机尾喷CO2浓度扩散场是飞机不可隐藏的目标特性之一,为间接探测飞机提供了可能。采用数值模拟方法对典型工况下简化飞机模型的尾喷CO2浓度扩散场进行了仿真,利用仿真数据模拟了激光雷达系统探测目标并获取CO2浓度分布的过程,对不同参数条件下激光探测系统的探测性能进行了仿真分析。结果表明,飞机尾喷CO2扩散具有可探测性；选择合适的激光发散角、扫描角间隔和空间积分距离可探测到飞机,且在参数组合(0.5 mrad,4.4°,20 m)和(5 mrad,4.4°,20 m)下计算得到CO2浓度扰动中心与设定目标间的距离为2.9 m。本研究可为实际应用提供参考。

大气中CO2主要的源和汇都集中在对流层, 精确地获取对流层CO2浓度廓线分布, 对研究CO2的垂直输送和全球气候演变具有重要意义。 基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)高分辨、 高灵敏度和快速响应等特点, 研制了采用直接吸收技术的小型化CO2探测系统, 选取位于2 004.02 nm处的R(16), ν1+ν3吸收谱线, 避免了附近H2O分子的吸收干扰, 对CO2浓度廓线进行了球载测量, 获取了10 km以下对流层中CO2的分子数密度分布。 受限于球载测量环境, 系统采用紧凑型设计, 在单块电路板上实现激光器驱动、 弱信号调理, 光谱数据采集及浓度计算等功能, 受嵌入式微处理器的运算能力和硬件资源限制, 对浓度反演算法进行了优化, 避免冗余计算, 降低了算法耗时。 和采用波长调制技术的TDLAS传统仪器相比, 借助光程20 m的开放式Herriott多次反射池, 采用直接吸收技术, 避免了浓度标定步骤, 提高了对测量环境的适应性, 通用性的硬件和软件结构可适用于测量不同气体, 只需更换激光器和调整算法关键参数。 小型化的设计思想降低功耗, 减小体积, 兼顾了响应速度和测量精度, 室温条件下功耗小于1.5 W, 单板体积120 mm×100 mm×25 mm, 1.5 s时间响应下的测量精度为±0.6×10-6, 经验证, 该系统可在对流层内实现CO2 15 m垂直空间分辨的高精度检测, 是一种可行的气体廓线球载探测手段。

研究了大气温度、湿度和压强的不确定性对于星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达系统测量大气CO2柱线浓度精度的影响。介绍了测量大气CO2柱线浓度的基本原理和CO2吸收截面计算方法，理论分析并模拟计算了吸收峰(On-line)波段范围不同大气温度、湿度和压强的误差对于大气CO2柱线浓度反演精度的影响。对于给出的优化工作波长，在吸收峰波数为6361.2250 cm-1，吸收谷(Off-line)波数为6360.99 cm-1，温度不确定性为1 K、湿度不确定性为10%以及压强不确定性为0.001的条件下，综合导致的CO2柱线浓度测量误差为0.296×10-6，为高精度反演大气CO2柱线浓度提供了重要参考数据。

含碳温室气体浓度增加而加剧的温室效应是气候变化的主要原因。在线监测陆地生态系统中 的CO2 气体浓度并分析CO2 通量,对了解局地气候及改善环境意义重大。设计了基于可调谐 半导体激光吸收光谱技术的开放式CO2 气体监测系统,于2010年4月在中国科学院封丘农业生态实 验站进行了小麦田间CO2 浓度的实时在线监测。连续监测结果表明:主要受植被光合作用的影响,田 间CO2 浓度具有明显的日变化规律,基本特点是白天浓度降低,夜间浓度升高。系统不需要气体采 样、监测范围广、灵敏度高、响应时间快、调校简单,为农田环境的CO2 浓度连续监测提供了有效的光学遥测方法。

探测低空大气CO2浓度的同时可以探测大气风场。采用相干探测较非相干探测具有更高的信噪比, 而目前1.5 μm波长由于在人眼安全、系统设计简单廉价等方面存在一定优势, 使1.5 μm可能成为未来探测气溶胶激光雷达的主流波长。本文阐述了激光雷达相干探测大气CO2与风场的原理, 设计了1.5 μm相干探测激光雷达系统, 并对系统的信噪比进行了估算, 得出结论: 1.5 μm相干探测风场与CO2是可行的, 经过3分钟的脉冲积累, 在3km处仍具有高于10的信噪比值。