利用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演了我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 的臭氧斜柱浓度 (SCD), 通过 SCIATRAN 辐射传输模型建立了大气质量因子 (AMF) 的查找表, 最终得到 EMI 的臭氧垂直柱浓度 (即臭氧柱总量)。将 EMI、OMI 和 TROPOMI 于 2018 年 11 月 2 日获得的南极区域臭氧柱总量进行了对比分析, 三者均观测到南极中高纬度 (30° S～70° S) 的臭氧高值区域与南极内陆 (75° S～90° S) 的臭氧低值区域, 且 EMI 与 OMI、TROPOMI 的臭氧柱总量相关性 (R2) 分别为 0.977 和 0.979。进一步将 EMI 反演的臭氧柱总量与南极长城站 (62.22 S, 58.96 W) 地基天顶散射光差分吸收光谱仪 (ZSL-DOAS) 反演的臭氧柱总量进行对比, 二者相关性 (R2) 为 0.926。

我国将在南极建设2.5 m光学红外望远镜KDUST，为了解决镜面结霜问题，提出了氧化铟锡(ITO)薄膜加热的防霜方法。利用该方法，密封透射结构的南极巡天望远镜(AST)已经成功地应用于南极冰穹A。讨论了ITO薄膜集成于反射膜系用于防霜的可行性、防霜反射镜的制备工艺以及防霜反射镜在不同加热功率下的面形变化情况。实验结果表明，集成了ITO薄膜的反射镜具有防霜功能且对镜面面形的影响较小，有望应用于南极大型反射式望远镜系统中。

地衣是应用广泛的大气污染生物监测器。 电感耦合等离子体发射光谱法/质谱法(ICP-MS/AES)是植物元素定性定量分析的重要和高效的方法。 但受严重大气污染影响, 我国部分地区的地衣元素水平远高于其他植物, 且在空间、 时间、 物种和元素类别方面存在巨大差异。 虽然地衣在大气污染监测方面具有良好的应用前景, 但我国地衣元素分析测试方面尚缺乏专门的方法学研究, 这限制了大气质量的地衣生物监测在我国的开展。 因此, 有必要对地衣样品元素含量的ICP-MS/AES法进行优化。 以国家一级标准物质GBW10014(圆白菜)、 GBW10015(菠菜)、 GBW10052(绿茶)和地衣标准物质(IAEA-336)为材料, 探讨了地衣样品的不同消解方法、 取样量、 分析谱线、 同位素、 内标元素及仪器参数对ICP-MS和ICP-AES结果的影响。 确定了适用于大批量地衣元素测试的干法灰化-碱熔ICP-AES和微波消解ICP-MS的优化条件, 该优化条件具有线性关系好(r>0.999 0)、 检出限低、 准确度高和精密度好的特点。 以优化后的测试方法测定采自我国太行山区和南极阿德利岛的地衣样品, 结果表明太行山地衣体内元素含量远高于南极阿德利岛, 大气沉降对太行山地衣元素组成的相对贡献也较大。 验证了优化方法的适用性, 为京津冀环境治理提供科学数据和技术支持。

在极地环境(如南极Dome A)中的光学系统，氧化铟锡(ITO)薄膜加热除霜有突出的优势。简述了ITO 薄膜除霜原理，指出了目前采用的直流电、点状电极的加热设计存在局部过冷、电极过热、整体加热不均的情况，影响成像质量与除霜效果。给出了加热除霜效果的评估指标，提出了多相交流电、线状电极的新设计，并采用“主路径”分析法进行论证。然后以南极巡天望远镜(AST)为背景，对500 mm 口径镜面进行有限元模拟，在等功率条件下，对各加热设计进行评估。使用红外热像仪测量实际镜面：采用新设计后，镜面温度均方差降低了81.65%，峰谷值降低了76.31%。实验结果表明：新设计大幅提高了加热除霜的均匀性和效率，改善了视宁度，有望应用于南极光学望远镜工程中。

南极Dome A被认为是地球上最为优秀的天文测光、观测台址，尤其在红外波段。为了充分利用Dome A 的独特天文观测优势条件以及满足系外行星观测需求和为我国未来南极更大口径望远镜的研制提供经验，提出建造1 m可见/红外巡天望远镜。通过掩星法探测系外行星，至少需要万分之五的测光精度，必须很好地抑制或降低系统光机结构的自身辐射。以南极1 m可见/红外巡天望远镜为例，进行南极红外望远镜杂散光抑制方法方面的探讨。由于该望远镜采用一次直接成像光学系统，光学结构简单，但无法设置冷光阑，红外背景辐射抑制效率较低。在光学系统设计上把次镜设置为孔径光阑进行优化设计，再详细介绍主镜遮光罩，次镜遮光罩，以及杜瓦瓶内冷光栏的独特设计，通过模拟仿真，自身辐射在像面上的辐照度为6.8×10-10 W/m2，为天空背景辐射在像面上的照度五分之一以下，满足天文观测三分之一要求。

传统意义混合像元分析方法是对有不同光谱特征的地物进行分解(spectral mixture analysis， SMA)， 得到各个组分在该像元内所占的百分数。 而将光谱域的混合像元分析延伸至时间域内（temporal mixture analysis， TMA）， 提取的表征时间特性的端元用于像元分解所得残差小于8.5%， 说明TMA提取南极地区海冰密集度时间变化特性具有可行性。 将获取的多年平均端元用于2005年和2010年海冰密集度数据， 得到残差分别为(1.4±2.42)%和(1.7±2.87)%， 高于多年平均残差精度(1±1.53)%， 在一定程度上反映某年海冰密集度数据相对多年平均值的变化。 因此， TMA为全球变暖背景下的海冰密集度的时空特性研究提供了新思路。

为探求快速、 廉价、 无损、 同步的光谱技术在南极古湖沼研究中的可能性, 本文分析了南极中山站附近采集的一根湖泊沉积柱样品的近红外反射光谱数据, 通过主成分(PCA)统计分析方法, 发现主成分因子载荷值与反映湖泊生产力变化的环境指标S2(有机质热解烃类化合物指标, 指示湖藻类来源有机质)在深度剖面上具有一致的变化趋势, 两者表现出显著的正相关关系, 表明近红外光谱技术可用于快速恢复南极湖泊古生产力变化记录。 对比光谱曲线650～700 nm处的谷面积与S2的关系, 发现光谱数据的PCA分析法较常规的谷面积法更能够作为反映湖泊初级生产力变化的有效指标。 本研究结果为在偏远的南极地区开展湖泊古环境变化研究提供了一种新的快捷方法和技术途径。