大气过氧自由基(RO2)是大气化学过程中的关键中间体自由基,在对流层光化学反应中占有重要地位,因此,对相关测量技术的研究具有极其重要的意义。 化学放大法是RO2测量中最常用的方法之一,是一种间接测量方法,通过在反应系统中加入过量的CO、NO气体,将低浓度、不易测量的过氧自由基 通过链式反应转化为高浓度、易测量的NO2进行测量, NO2测量的准确性对化学放大法很重要。对化学放大法进行了总结,并着重分析了 其中用于NO2测量的方法,分析了现有方法的优点与不足,并对未来的发展作了展望。

基于湍流冻结假说,利用时空相关函数分析了使用大气相干长度仪(DIMM)测量横向平均风速的原理,并通过闪烁和到达角起伏测量风速的路 径权重函数确定风速传感器的安装位置。在弱湍流条件下,根据水平1 km传输实验测量的到达角起伏和光强起伏数据,分别计算横向风速并 与风速传感器同时测量的参考风速对比,发现利用到达角起伏计算的风速与参考风速有一定的相关性。该实验拓展了大气相干长度仪的使用功能。

降水是气象观测的常规项目,是研究全球水热循环和气候变化的重要参数。实现降水现象自动观测是我国气象探测领域未来发展规划的一项重要内容。 介绍了一种基于光阻原理的降水现象测量系统,设计了激光对射式光学测量结构,实现对降水粒子遮光信号的精确捕获;研制了基于相关原理的微弱信号 检测系统,保证粒子速度、粒径等信息的准确测量;在数据信号处理上,采用数据平滑算法降低了系统噪声。研制的系统能够准确完成雨 滴谱分布、降水量、降水类型的测量,并且与国外同类仪器进行了观测比对,数据具有较好的一致性,能满足对降水现象自动观测的要求。

CO2是地球大气中第三大含量的痕量气体,对温室效应影响最大,主要来源于人类的日常活动,测量大气CO2浓度对了解 地区CO2的周期性变化与气候变化的内在规律有重要意义。基于可调谐半导体激光吸收光谱(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)技术,系统选择CO2在2004 nm附近的吸收线,采用直接吸收光谱处理方法,对开放式 长光程大气下的CO2进行了连续测量。通过与手持CO2测量仪的对比测量,二者的相关系数达到0.8371,二者的标准 偏差为7.204 ppm,测量结果的变化趋势符合较好,证明了实验系统的可行性,为国内激光遥测CO2提供了一种重要的思路与方法。

利用固相微萃取-气相色谱三重四极杆质谱技术(SPME-GC-TQMS)对合肥市科学岛不同区域自来水进行了检测,研究了该地区自来水 中部分消毒副产物(DBPs)的存在情况,以及DBPs含量与自来水封存时间的关系,并利用SPME-GC-TQMS对煮沸的自来水进行检测,考察煮沸 方式去除卤代烃类消毒副产物的有效性。结果表明: 科学岛自来水中存在三氯甲烷、一溴二氯甲烷和二溴一氯甲烷等多种卤代 烃类DBPs,且来源于不同建筑物的自来水中DBPs含量差异高达3倍;自来水在水管内存储时间越长,卤代烃类DBPs浓度越低; 自来水经过煮沸处理后,大多数卤代烃DBPs可有效去除,但三氯甲烷仅降为原自来水中含量的30.2%,仍大量存在于凉开水中。

针对我国空间科学的未来发展和应用需求,以及目前星上定标和在轨定标方法的局限性,提出一种基于自发参量下转换效应的自校准宽谱段(450～1500 nm) 辐射基准源设计方案。该辐射基准源系统主要由宽波段参量下转换、观测与自校准复用光路、多路光子计数与符合探测、信号采集与 测量控制等4个主要功能模块构成。辐射基准源兼有星上自校准和自主观测功能,能够在不依赖于外部基准的条件下实现高精度的自校准,保障对 地高精度观测,为其他卫星有效载荷提供高精度的量值传递标准。

基于太赫兹临边探测仪(microwave limb sounder, MLS)传感器2005～2009年OH自由基、臭氧、水汽观测数据,分纬度、季度分析了平流层和中间层OH自由基时空分布特征及其与臭氧、 水汽的关联性。结果表明:不同纬度中高层OH自由基浓度变化分异明显,存在年周期性;全球中高层OH自由基浓度季度变化显著; 平流层上部OH自由基主要受太阳辐射和臭氧浓度变化影响;中间层OH自由基与水汽浓度变化关系密切。

利用基于参量下转换产生的相关光子可以实现“无溯源”的绝对定标。该定标方法推广应用于模拟探测器定标的过程中,其中获 取高通量的相关光子是一个重要的难点。介绍了一种基于自发参量下转换制备高通量相关光子的方法原理和实验装置。 采用532 nm连续激光泵浦周期性极化铌酸锂(PPLN)晶体,在满足准相位匹配(QPM)方式下产生高通量的纠缠光源,改变泵浦 光源的功率,实验结果显示具有较好的线性。叙述了准相位匹配技术原理,搭建了制备高通量相关光子的实验装置,并优化 了泵浦激光光源和各光学元器件的设计参数。该研究结果为后期进行高精度定标和模拟探测奠定了基础。

星载激光高度计广泛地用于多种地形地貌的科研分析,例如冰层和植被覆盖变化。针对星载激光高度计数据的定量化应用,研究了激光 高度计的定标方法,并设计了激光高度计地面定标模拟系统加以验证。该系统包含探测器阵列和高精度脉冲计时系统两部分,用于定标星载 激光高度计的对地指向角和时间戳。对定标系统的性能进行实验测试和软件仿真,结果显示:探测器能够探测平均能量3 nJ/cm2的光斑,探测范围 为1～16 nJ/cm2,计时系统计时精度为1.25 ns。