太阳紫外辐射光谱的光学多道探测与分析

报道了自行研制的紫外CCD光学多道分析器及其在太阳紫外辐射光谱探测中的实际应用。紫外多道分析器光谱探测范围200～1 100 nm, 光谱分辨率0.1 nm, 光谱探测灵敏度0.02 lx。进行了成都地区UVA和UVB波段太阳紫外辐射光谱的实时探测,与常规的太阳紫外辐射探测仪器测量结果进行了比对,得到很好的相关。对所探测的太阳紫外辐射光谱进行的初步分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚小、中午大,与太阳天顶角(SZA)变化呈相反相关。UVB和UVA波段内不同波段的辐射量不同,长波段的辐射量一般比短波段的辐射量大。云和气溶胶对紫外辐射有重要影响,云对不同波长的辐射衰减不同。     

星载遥感仪器太阳漫透射板紫外辐照特性

空间遥感仪器的漫透射板受太阳真空紫外辐照而导致的半球透射率变化将影响仪器在轨辐射定标结果。分析了太阳紫外辐射光谱特点及漫透射板在轨工作的紫外辐照剂量,利用标准氘灯作为光源模拟太阳115~200nm的紫外光谱,在特定距离下对紫外熔石英漫透射板进行了辐照实验。太阳等效紫外辐照48h后,熔石英漫透射板半球透射率在250~1000nm波段产生了不同程度的衰减,其中,紫外波段半球透射率衰减程度略高,250nm处衰减约为3%,近红外波段衰减程度略低,1000nm处衰减约为1%,对漫透射板进行清洗后,半球透射率基本恢复到最初状态。实验结果初步表明,漫透射板表层污染是引起半球透射率衰减的主要因素,该结果将对空间遥感仪器太阳漫透射板防护、在轨定标与衰减修正具有重要意义。     

西藏地面太阳总辐射与紫外线的观测

地面太阳光谱记录了太阳光经历大气层的烙印与信息,为大气环境、生态保护等研究提供实地依据。西藏高原空气稀薄,地面太阳辐射超强,观测西藏地面太阳光谱为太阳能利用提供实地数据。文章较系统地报道了西藏地面太阳光谱的实地观测结果,为相关高原科学研究提供高精度数据。利用RAMSES光谱仪、CMP6太阳总辐射仪和NILU-UV太阳紫外辐射仪对西藏不同地区、不同季节太阳光谱、太阳总辐射和太阳紫外线进行了全方位的实地观测研究。观测研究了高海拔的西藏拉萨和那曲以及低海拔的北京和成都的光谱特征;研究了拉萨二分二至当地正午（北京时间13:55时）太阳光谱观测结果;对西藏地面光谱与AM1.5和AM0标准光谱进行了对比研究。观测研究了西藏拉萨和那曲太阳总辐射、太阳紫外线强度特征。研究发现拉萨夏季可见和红外区光谱光强度甚至超过AM0光谱相应波长的强度,即：拉萨地面可见光和红外光强度偶尔超过大气层顶部的相应波长光强,是由部分云的反射增量所致;拉萨光谱谱峰出现在波长476.6 nm左右,在2017年的夏至观测到的最大值为2.331 W·m-2·nm-1。然而,对太阳紫外线（280～400 nm）光谱的观测发现地面太阳紫外区的光谱强度总是明显低于AM0光谱相应区光强,表明短波的紫外光被大气臭氧有效吸收。虽然拉萨海拔3 680 m,但通过对拉萨当地正午太阳紫外光谱分析发现拉萨地面波长小于300 nm的太阳紫外光谱强度几乎为零,表明波长小于300 nm的太阳紫外线被大气层吸收,没有到达地面。同时,研究了西藏高海拔太阳光谱与北京、成都低海拔太阳光谱特征,揭示了各地大气成分、含量等诸多信息。报道了2010年7月-2013年12月期间西藏太阳总辐射的观测结果;结果显示拉萨当日太阳总辐射最大值中约18%超过了太阳常数（1 367 W·m-2）。观测发现拉萨太阳总辐射瞬时最大值达到了1 756.09 W·m-2（2011年6月24日）。报道了2008年7月-2013年12月期间西藏太阳紫外线的观测结果;结果显示拉萨和那曲UVA日最大值平均值约为67 W·m-2,UVB日最大值平均值约为5.1 W·m-2;拉萨和那曲当日太阳紫外线A和紫外线B最大值变化趋势保持了很好的一致性,在5年多的观测期间紫外线强度没有出现明显的增强或减弱趋势。     

成都地区太阳紫外辐射光谱的观测与分析

利用紫外CCD光学多道分析器,对成都地区2006年3月至7月UVA和UVB波段太阳紫外辐射光谱进行了观测,对这一地区紫外辐射的基本特征进行了统计分析。分析表明：太阳紫外辐射在一天内早晚小,中午大,一年中6月份达到最强,与太阳天顶角的变化密切相关; UVB辐射积分通量远小于UVA辐射积分通量,其比值一般小于0.04,在天气晴好时下午大于上午; 雾能导致UVB辐射积分通量与UVA辐射积分通量的比值增大,其原因是雾对UVA辐射衰减强于对UVB辐射衰减; 云对太阳紫外辐射存在异常吸收。     

全天时紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统EI北大核心CSCD

紫外高光谱瑞利测温激光雷达是一种探测大气温度廓线的有效工具。目前,紫外高光谱瑞利测温激光雷达通常采用355nm波长的光,然而白天太阳背景光辐射会影响雷达系统的信噪比(SNR),进而制约温度探测的距离和精度。针对大气温度的全天时探测,提出了基于法布里-珀罗标准具的266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统。由于到达地面的太阳背景光辐射不包含266nm波长的光,只需考虑臭氧对266nm波长光吸收的影响,进而实现全天时大气温度的探测。基于脉冲能量、望远镜直径、望远镜接收视场角、臭氧浓度以及太阳背景光强度等主要影响参数,对266nm和355nm两个波长紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的谱宽、透过率、回波信号SNR以及温度偏差参数进行数值仿真和对比分析。结果表明,大气分子和气溶胶散射对266nm波长光的影响远大于对355nm波长光的影响。白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离为4km左右,比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离远2.9km;夜间266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统有效探测距离为6km。探测距离小于5km时,白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差小10K。266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达可实现全天时大气温度的探测。     

全天时紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统

紫外高光谱瑞利测温激光雷达是一种探测大气温度廓线的有效工具。目前,紫外高光谱瑞利测温激光雷达通常采用355nm波长的光,然而白天太阳背景光辐射会影响雷达系统的信噪比(SNR),进而制约温度探测的距离和精度。针对大气温度的全天时探测,提出了基于法布里-珀罗标准具的266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统。由于到达地面的太阳背景光辐射不包含266nm波长的光,只需考虑臭氧对266nm波长光吸收的影响,进而实现全天时大气温度的探测。基于脉冲能量、望远镜直径、望远镜接收视场角、臭氧浓度以及太阳背景光强度等主要影响参数,对266nm和355nm两个波长紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的谱宽、透过率、回波信号SNR以及温度偏差参数进行数值仿真和对比分析。结果表明,大气分子和气溶胶散射对266nm波长光的影响远大于对355nm波长光的影响。白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离为4km左右,比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统的有效探测距离远2.9km;夜间266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达系统有效探测距离为6km。探测距离小于5km时,白天266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差比355nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达的探测温度偏差小10K。266nm紫外高光谱瑞利测温激光雷达可实现全天时大气温度的探测。     

浅谈紫外天文学的发展

 在威廉·赫歇耳发现太阳的红外辐射不久,1801年德国物理学家里特尔发现了太阳的紫外辐射。紫外波段介于可见光和X射线波段之间。紫外辐射受大气吸收最为严重。对波长0.2-0.3微米的紫外线尚可用升高到50公里的气球获得,而其余紫外波段的观测工作必须要用火箭和卫星完成。由于在紫外区可以了解到比可见光区更多的有关天体物理状态和化学组成的信息,现代天体物理学家十分重视这一领域的研究。从太阳开始,先后探测了行星和行星际空间、银河辐射源,以及河外源,取得了不少令人振奋的成果。 太阳系紫外探测 紫外研究的第一个天体是太阳。其实,在太阳总辐射中,紫外辐射所占的比例很小,约占7％,但这部分短波辐射能够引起地球高层大气各种反应,对卫星表面涂层和太阳能电池有破坏作用,因而受到人们的重视。人们对太阳紫外辐射关注的另一个原因是太阳紫外光谱中有许多高电离硅、氧、铁等元素的谱线,它们对太阳色球和日冕间过渡层和耀斑活动的研究极有价值。     

太阳直射光谱及其在伞过滤紫外UVA测试应用

使用太阳直射光谱系统,记录太阳直射紫外光谱;并透过伞面材料,记录相应的紫外光谱;通过计算得到伞面材料相应波长的紫外UVA透过率,建立紫外UVA透过率谱;比较平均UVA透射比,分析过滤紫外UVA的能力。伞过滤紫外UVA的太阳光谱测试方法具有便于操作的现实意义。     

闪电放电通道的辐射演化特性

用无狭缝红外光谱仪获得了山东地区云对地闪电回击过程的近红外光谱,并与可见光波长范围的闪电回击光谱进行了对比分析.根据近红外光谱的结构特征,讨论了闪电通道等离子体的光谱辐射顺序以及不同波段连续光谱的主要辐射机制,研究得出:可见光谱主要是闪电回击初期和发展阶段的辐射;近红外光谱主要是闪电发展后期的辐射;可见波段的连续光谱主要来自韧致辐射的贡献,而红外部分的连续光谱主要来自复合辐射的贡献.由分析结果推断:闪电通道等离子体的复合过程是闪电产生O3、NOX的主要途径,复合过程中的氧吸附作用和去吸附过程是近红外光谱中氧原子谱线增多的重要原因,也是OI777.4nm相对强度比较大的主要原因.     

空间辐射基准传递不确定性的光谱敏感性分析

空间辐射基准对卫星观测气候变化的研究具有重要意义,空间辐射基准的建立不仅可以提高卫星自身观测的相对精度,而且还能通过基准传递来满足其他卫星的在轨溯源需求,用于基准传递的空间高光谱基准遥感器的光谱分辨率对传递相对精度有重要影响。分别利用MODTRAN模式和AER LBL模式的模拟结果作为高光谱遥感器的太阳反射波段和地球热发射波段的代理数据,分析了光谱采样对光谱辐射观测结果的影响以及光谱采样差异引起的辐射基准传递的不确定性。考虑5种下垫面和6种大气条件,对比了不同光谱采样间隔下光谱辐射的差异,并利用敏感性实验的方法,以MERSI-II为目标遥感器,评估了空间辐射基准交叉传递的光谱不确定性。结果表明:光谱采样间隔越大,光谱辐射的差异越大,在气体吸收区、绝对辐射低信号区、近紫外太阳光谱暗线区的最大辐射差异可达100%;在大气窗区,当太阳反射波段的光谱采样间隔优于4nm时,基准传递的不确定性小于0.3%,当地球热发射波段光谱的采样间隔优于2cm-1时,不确定性可小于0.1K;在近紫外太阳光谱暗线区和气体吸收区,太阳反射波段的基准传递对光谱采样十分敏感,当采样间隔为4nm时,中心波长为1.38μm的通道的不确定性可达40%,当地球热发射波段在7.2μm水汽弱吸收区时,光谱采样间隔优于0.8cm-1才能满足不确定性小于0.1K的需求。     

卷云短波红外辐射特性

 采用离散纵标法耦合大气分子吸收，模拟计算了卷云大气的反射特性。研究了在短波波段卷云辐射性质随波长、卷云光学厚度、卷云有效尺度、云高和卷云中冰晶粒子形状等的变化关系，分析了卷云对大气红外背景辐射的影响。结果表明：在2.7 μm的水汽强吸收带上，卷云的出现明显增强了该波段的大气背景辐射，反射率随光学厚度和云高增大而增大。     

Luminescence of acetylated cellulose

Several luminescence properties of acetylated cellulose were studied as functions of the ester group concentration and of the wavelength of the exciting radiation. Of the three luminescence bands arising on irradiation at specific wavelengths, the ultraviolet band has a structure. A correlation was established between the intensity of this band and the ester group content, as well as a qualitative similarity between the luminescence excitation spectra and the absorption spectra. The relative quantum yield of the luminescence depends on the wavelength of the excited radiation. It is proposed that the centers which are specific for the ultraviolet luminescence are acetyl groups of two different types.     

Radiation Characteristics of Air in the Ultraviolet and Vacuum Ultraviolet Regions of the Spectrum behind the Front of Strong Shock Waves

Experiments on the measurement of air emission intensity behind the front of incident shock wave were carried out in a shock tube at an initial pressure of 0.25 Torr and shock wave velocities of 6.3–8.4 km/s. The emission intensity was measured in absolute units both in the form of an integral spectral distribution in a wavelength range of 120?400 nm (panoramic spectra) and as the time evolution of emission at the individual atomic lines of nitrogen and oxygen atoms. The results of the measurements demonstrated that the emission in air behind a shock wave in the vacuum ultraviolet region of 120–200 nm had a much higher radiation flux level than the emission in a range of 200–900 nm.     

中国不同光气候分区地面日光光谱的观测与分析

我国地域辽阔,各地光气候有很大区别,为了扩大和提高太阳能与天然光的利用范围及利用效率,采用一种便携式的光谱扫描仪,对我国不同光气候分区的7个代表性城市(昆明、西宁、北京、深圳、南京、南昌和重庆)一天中不同太阳高度角对应时刻的地面直射日光光谱在380～780 nm可见光谱段进行了跟踪观测,分析了不同光气候分区城市一天中不同太阳高度角对应时刻的日光光谱变化规律,比较了不同光气候分区城市的日光光谱曲线,总结了日光光谱辐射强度的影响因素。分析表明：不同光气候分区城市一天中不同太阳高度角对应时刻的日光光谱辐射强度不同,但日光光谱功率的分布和走向基本一致,总体呈先上升后下降的趋势,最大峰值出现在475 nm附近,380～475 nm之间光谱功率分布曲线出现陡升,475～700 nm之间曲线有下降趋势但基本平稳,＞700 nm曲线出现了反复的较大起伏;不同光气候分区城市的日光光谱功率分布曲线的分布和走向也基本一致,没有明显的与不同光气候分区直接相关的日光光谱功率分布差异性规律;日光光谱辐射强度与太阳高度角和日面状况密切相关。     

Low- and high-order harmonic generation inside an air filament

We report on the generation of third-order (TH) and high-order harmonics (HH) directly inside a self-guided femtosecond filament in air. By terminating the filament with a steep density gradient behind a pinhole placed at different distances from the geometric focus, the evolution of the generated radiation is tracked along the nonlinear interaction zone. Spectra are recorded in the visible (VIS), ultraviolet (UV) and extreme ultraviolet (XUV) spectral range under identical conditions. The VIS and UV spectral bandwidth undergoes significant broadening. The input pulse parameters are varied systematically to optimize the TH bandwidth. Recorded spectra show Fourier-limits below 5 fs pulse duration centered at 264 nm wavelength. We observe conversion to HH up to the 25th order and use the HH generation process as a nonlinear probe for the on-axis intensity evolution along the filament.     

尖-板电晕放电光谱分析

电晕放电是高电压设备中的一种典型的具有危害性的物理过程。对其物理机制进行分析,以及对其进行早期检测以便预防其发展,有助于提高电力绝缘系统的使用寿命和安全可靠程度。本文建立了一套高灵敏度的光谱分析系统,对空气中几种不同放电条件下的电晕放电进行了光谱分析。结果表明,电晕放电光谱由连续谱、谱带和谱线三部分组成。此外,光谱在红外区、可见光区和紫外区的辐射具有不同的特征,辐射强度随具体放电条件的变化规律也各不相同。与文献中的结果进行比较,发现各种条件下的电晕放电的可见光区辐射强度一般都比较弱,而紫外区与红外区辐射的强弱则与具体的放电条件有关。     

New classification in the spectra of highly ionized Cu and Zn in the region below 55 Å

The extreme ultraviolet spectra of Cu and Zn are analyzed. New classifications in the wavelength region below 55 Å are tabulated. The spectra were excited by focussing high power laser radiation on plane targets in a vacuum. The spectral lines reported here correspond mainly to the transitions between levels of principal quantum number 3 and 4 in Cu XVI to XIX and Zn XVII to XX. The identifications are based on extrapolations of published data for isoelectronic ions.     

基于精密太阳光谱辐射计的气象辐射观测

目前,气象业务观测普遍采用的积分型太阳辐射观测仪器存在观测数据信息量少、数据差异大的观测瓶颈,已无法满足目前众多应用科学研究领域对太阳光谱辐射精细化观测的需求,具有高光谱分辨率的精密光谱辐射计的仪器研制及观测方法与技术已成为太阳辐射观测的前沿科技问题。在此背景下,为解决气象领域太阳辐射的精细化观测问题,开展了深入的科学研究与技术开发工作。重点阐述了仪器开发成果和数据观测分析方法,首先介绍了开发研制的用于地基太阳光谱辐照度观测的光谱辐射计系统。光谱辐射计的分光系统采用了平场凹面光栅结构,具有低杂散光、高收光效率和高可靠性的特点,尤其适用于长期无人值守的户外观测。系统所采用的平场凹面光栅的像差校正特性对于300～1 100 nm这种宽谱段的应用来讲更为合适,在整个谱段范围内光谱分辨率变化很小,不同波长通道的带宽基本一致,使用25 μm狭缝时光谱分辨率(FWHM)约为2 nm,像素采样间隔小于0.5 nm。对于太阳辐射观测来讲,这是一种谱段范围和分辨率都与需求十分匹配的专用光谱辐照度观测仪器。其次,在观测数据的基础上,阐述和分析了气象等领域的光谱应用观测方法。太阳辐射照度分布的能量通过不同参数化模型约束的接收系统收集,将太阳光谱辐射在半球天穹中的变化及分布进行约束并划分为水平总辐照度(GHI),法向直接辐照度(DNI)和水平散射辐照度(DHI)三种光谱辐照度辐射分量,阐述了基于GHI,DNI和DHI三种观测形式下的数据特征与用途。其中,GHI是地表实际辐照度水平,适用于太阳能资源评估;DHI反映大气和云态;DNI作为直接透射形式,可用于计算日照时数和分析大气参量。并且,进一步分析了观测形式、光谱特征与地理(经度、纬度、海拔高度、大气质量)及气象参数(云量、大气吸收)之间的互易演算关系。与传统的波长积分式辐射观测相比,太阳光谱辐射计为辐射能量观测增加了波长信息维度。从DNI形式的光谱辐照度数据中可以看出,不同波长之间的辐射能量变化显著,而这些变化与大气变化密切相关。因此,太阳光谱辐照度数据不仅仅是为业务观测提供更精细化的太阳辐射信息,更提供了丰富的辐射能量的变化信息通道,利用特征波长维度的辐射信息,可进一步通过模型反演计算气溶胶光学厚度、臭氧、水汽等大气参数。通过精密太阳光谱辐射计,可将纳米分辨率水平的太阳光谱辐照度作为基础业务运行数据,提供精细化的太阳辐射分布及变化信息用于气象与气候模型、光伏资源评估与生态环境等研究;同时也为辐射波长分布中所蕴含的气候、农业、生态等领域关心的各种通量监测和演化关系研究提供了有力的数据信息及观测工具。