科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在高時(shí)間分辨率同步多軸系統(tǒng)研制方面取得新進(jìn)展

　　【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所李昂研究員團(tuán)隊(duì)，在同步多軸光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際知名大氣遙感領(lǐng)域TOP期刊《大氣測(cè)量技術(shù)》上。
 

　　團(tuán)隊(duì)基于離軸多路光譜遙測(cè)的思想，采用科研級(jí)CCD成像光譜儀，自主設(shè)計(jì)的小視場(chǎng)角望遠(yuǎn)鏡、Y型同軸分束光纖、多路機(jī)械快門(mén)控制模塊實(shí)現(xiàn)了分鐘級(jí)同步多軸的光譜采集，突破了以往多軸差分吸收光譜(MAX-DOAS)系統(tǒng)的采集時(shí)間分辨率限制。研究成果有望成為車(chē)載移動(dòng)平臺(tái)大氣監(jiān)測(cè)的核心設(shè)備，為大氣污染監(jiān)測(cè)和污染源溯源研究提供有力支持。
 

　　MAX-DOAS技術(shù)憑借無(wú)接觸測(cè)量、多組分同步、垂直廓線反演等優(yōu)勢(shì)，已成為大氣污染監(jiān)測(cè)的核心手段，尤其在城市污染源解析和衛(wèi)星校驗(yàn)中不可替代。然而其依靠步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)鏡頭獲得仰角循環(huán)的方式仍是限制光譜采集時(shí)間分辨率的硬件瓶頸，也限制了其在移動(dòng)平臺(tái)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)采用多仰角同步采集的方式取代了單鏡頭順序采集，構(gòu)建了一套地基、車(chē)載均適用的同步多軸遙測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)循環(huán)仰角光譜的分鐘級(jí)探測(cè)，如圖2所示，傳統(tǒng)MAX-DOAS的系統(tǒng)分辨率一般為七分鐘，新系統(tǒng)極大提升了采集時(shí)間分辨率。在外場(chǎng)試驗(yàn)中，同步多軸系統(tǒng)與MAX-DOAS、LP-DOAS系統(tǒng)同期觀測(cè)的結(jié)果如下：在DOAS方法反演痕量氣體斜柱濃度中，RMS、dSCD誤差是衡量濃度準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，同步多軸系統(tǒng)反演NO2、HCHO的RMS、dSCD誤差均低于MAX-DOAS，兩系統(tǒng)反演NO2、HCHO濃度的相關(guān)性分別為0.978和0.850，由于提高了時(shí)間分辨率，同步多軸系統(tǒng)反演的氣體廓線結(jié)果比MAX-DOAS的更細(xì)致；NO2近地面濃度對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，同步多軸系統(tǒng)與LP-DOAS系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)相關(guān)性高達(dá)0.901。后續(xù)同步多軸系統(tǒng)將繼續(xù)拓寬其在高時(shí)間分辨污染氣體立體分布遙感領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)揮其多仰角多組分同步監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)。
 

　　徐江曼博士研究生為論文第一作者，李昂研究員為論文通訊作者，胡肇?zé)j副研究員為論文共同作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的資助。
 

圖1  同步多軸系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
 

圖2 同步多軸系統(tǒng)探測(cè)時(shí)間分辨率(1min內(nèi))
 

圖3 同步多軸系統(tǒng)與MAX-DOAS測(cè)量NO2、HCHO結(jié)果對(duì)比