基于辐射传输理论和分形理论的云场景仿真

 基于云的边缘特征和天空亮度分布特征，对有云天空场景的仿真方法进行了研究。分析了云对天空亮度影响，并据此提出了一种基于分形原理的云场景仿真方法。通过辐射传输理论，给出了有无云天空的光谱亮度分布计算方法。在分析了云边缘具有自相似分形特征基础上，利用有云天空亮度分布特征、二次随机法和分形几何的Diamond-Square算法设计了云纹理生成算法。利用混合修正δ-Eddington近似计算出了观察视场2°×2°内640×480单元的2维天空亮度数组。利用该理论模型得到有云天空的2维亮度数组，并用VC++实现了云场景的动态仿真，得到了较为逼真的结果。     

被动多轴差分吸收光谱大气气溶胶光学厚度监测方法研究

介绍了基于太阳散射光的被动多轴差分吸收光谱（MAX-DOAS）技术在大气气溶胶光学厚度（aerosol optical density,AOD）监测中的应用. MAX-DOAS根据氧的二聚物（O₄）在紫外、可见波段的特征吸收来确定气溶胶参数,实验中利用测量得到的O₄在360 nm处斜柱浓度,并结合O₄垂直柱浓度基本稳定等信息,在选取合适的气溶胶单次散射反照率、非对称因子及其廓线形状等条件下,基于大气辐射传输模型采用迭代算法解析出大气气溶胶光学厚度. 经过与太阳光度计(CE318)测量结果的对比,两者相关性达到87%.     

近场光学显微镜研究CdS0.65Se0.35纳米带空间分辨光致荧光谱

通过热蒸发方法成功制备出CdS_0.65Se_0.35纳米带，得到的纳米带表面光滑，宽度厚度均一，表现出很高的结晶质量.使用近场光学显微镜对纳米带室温下的带边荧光波导和光致荧光近场光谱进行研究.发现CdS_0.65Se_0.35纳米带呈现良好的光波导的特性；同时通过近场光学显微镜得到的空间分辨光谱，发现随着传播距离的增大，纳米带的光致荧光光谱有持续的红移现象.这种光谱红移现象是带间跃迁过程中带尾态的吸收效应引起的，并作了光谱带尾态吸收的理论模拟与实验结果进行比较.光波导传输过程中光谱的变化反映了信息在整个传导过程中的情况，体现了信息传递过程中的稳定性和有效性.三元合金材料CdS_0.65Se_0.35纳米带的波导和光谱性质研究，对于其他组分可调的三元合金纳米结构的制备和研究，及发展新型的纳米功能器件有重要意义.     

无云地球大气背景辐射光谱亮度的计算模型

根据辐射的叠加性,提出了一种用于卫星遥感无云地球大气背景辐射强度计算的理论模型。在利用该模型对晴朗无云地球大气背景的光谱辐射亮度进行计算时,使用迭代法解辐射传输方程并对大气采用动态分层。模型计算的结果与法国6S软件计算结果的对比表明：该模型以及计算方法对于无云地球大气背景向上的辐射亮度计算是精确可行的。且计算结果说明在可见光波段地球大气背景的辐射是很强的,而在红外强吸收波段,地-气系统的辐射很弱,主要来自大气的后向散射。     

合肥上空大气二氧化碳Raman激光雷达探测研究

Raman激光雷达是用于大气成分探测与特性研究的有效工具.介绍了中科院安徽光学精密机械研究所自行研制的一台用于测量低对流层大气CO₂时空分布的Raman激光雷达系统,并进行了一系列观测实验和对比分析.系统选用波长355 nm的紫外激光作为光源,利用光子计数卡双通道采集大气中N₂和CO₂的Raman后向散射信号与Li-7500型H₂O/CO₂分析仪进行对比标定,通过反演获得了大气CO₂水平与垂直方向时空分布廓线,并且获得了合肥地区大气边界层CO₂的夜变化趋势.结果表明,大气CO₂在空间的分布相对均匀,Raman激光雷达与CO₂分析仪变化趋势一致性较好,能够对大气CO₂时空分布进行有效、连续的观测.     

天空背景光学辐射特性测量北大核心CSCD

光学成像和光信息空间传输等领域需要对天空背景特性进行定性或定量的研究。Modtran等模拟计算方法无法有效模拟复杂多样的气候条件和地理环境。建立专门的测量装置获取天空背景光谱特性参数,与理论模型计算结果进行了比对,分析了两者的一致性和差别。通过观测数据得出:在天空比较均匀的环境中,天空光谱亮度通常随着太阳角的增大而减小,当观测方向接近地平面时(大约同地平面夹角小于30°),天空亮度随着太阳角的增大而增大;在晴朗无云的天空中,光谱亮度分布偏蓝,天空亮度主要集中在短波段部分;在阴天和有云天观测到的天空亮度光谱明显红移。     

光腔衰荡光谱法测量大气中的NO3和N2O5

本文应用基于二极管激光器的双路光腔衰荡光谱技术，分别对大气中NO₃和N₂O₅浓度进行监测. 通过使用实验室标准样校正有效吸收腔长比R_L和系统的总损耗系数?，并获得了NO₃有效吸收截面. 该装置在时间分辨率为1 s时，对NO₃的测量灵敏度达到1.1 pptv，N₂O₅被在线转换成NO₃，从而被另一路光腔衰荡光谱装置探测. 利用该装置，对合肥市区冬季夜间大气中的NO₃，N₂O₅浓度进行了实时监测. 通过对比一次大气快速清洁过程中氮氧化物、臭氧、PM_2.5等组分的浓度变化，讨论了大气环境下可能影响NO₃及N₂O₅浓度的因素.     

表面层对1 064 nm高反射镜损伤阈值影响

 采用电子束蒸发的方法制备了３种具有不同表面层材料及结构的中心波长为1 064 nm的零度高反镜,３种膜系表面层分别为1/4波长光学厚度的HfO₂,1/2波长光学厚度的SiO₂,以及1/4波长光学厚度的SiO₂。光谱测试表明：三者在1 064 nm处均有较高的反射率（高于99.8%）,利用热透镜的方法测量得到３个膜系辐照激光正入射情况下,薄膜对光的吸收比例分别为3.0×10^-6,5.0×10^-6和6.5×10^-6,其损伤阈值分别为32.5,45.2和28.4 J/cm²。并在膜层内部电场分布和膜层材料物理特性的基础上分析了３种不同表面层膜系吸收和损伤阈值差别的原因。     

铝粉快速反应光谱的研究

 使用光学多道分析仪（OMA）详细收集了氢氧气体爆炸产物激励下，两种不同粒度的铝粉在不同氧含量条件下快速反应的低分辨和高分辨光谱。实验结果表明在240~850 nm的光谱范围内的辐射以连续辐射为主，并有较弱的铝原子线和AlO的B²Σ⁺→X²Σ⁺带光谱。     

NO2分子的光学-光学双色双共振多光子离化谱

以Nd:YAG激光器的二倍频输出光为抽运光，其三倍频输出抽运的光学参量发生/放大器输出光为探测光，利用光学-光学双色双共振多光子离化光谱技术(OODR-MPI),获得了NO₂分子在605—675nm探测光波长范围内的多光子离化激发谱. 通过对NO₂分子离化机理的分析，确定了在此波长区间，NO₂分子经1+3+1双共振多光子过程离化，离化通道为NO₂(X²A₁)hν     

USING THE MULTIPLE SCATTERING THEORY FOR CALCULATION OF THE RADIATION FLUXES FROM EXPERIMENTAL AEROSOL DATA

The ground-based measurements of the spectral direct solar radiation fluxes and spectral sky radiances were basis for obtaining the aerosol characteristics such as columnar distribution function and effective refractive index, respectively. These characteristics were retrieved by a numerical solution of the inverse problem. The particle columnar size distribution function was chosen in the form of modified gamma distribution. The obtained aerosol parameters were utilized as input data for the multiple radiation scattering model (MRSM) to calculate the radiation fluxes. The dependence of calculation error of individual radiation characteristics (sky radiance, global and diffuse radiation) on a given number of terms NT (scattering orders) in the MRSM is studied. The NT necessary for successful calculation of radiation characteristics (for chosen accuracy) for actual atmospheric conditions is shown (aerosol optical properties were characterized, e.g., by spectral optical thickness). The approximate formulae for calculating the total sky radiances and total radiation fluxes, are find. Applying these formulae the value NT′ smaller than NT can be used for calculating radiation characteristics with the same accuracy. The scattering orders higher than NT′ are calculated on the basis of a known structure of previous scattering orders (1→NT′).     

大气对星载被动微波影响分析研究

被动微波遥感具有全天候工作的能力,但是在不同的大气状态下被动微波遥感受大气的影响不同。为了研究大气对高级微波扫描辐射计AMSR-E (advanced microwave scanning radiometer-earth observing system)入瞳亮温的影响,分别采用晴空和典型层云大气数据作为微波辐射传输模型的输入,进行大气微波辐射信号的模拟工作并分析大气的影响。结果表明晴空下大气水汽是引起大气辐射的主要因素,晴空条件下大气对典型被动微波传感器低频的(<18.7 GHz)透过率大于0.98,在整个辐射传输过程中可以忽略不计。36.5和89 GHz的大气透过率在晴空下分别为0.896和0.756,在用微波高频通道进行陆表参数反演时需进行大气水汽影响的校正; 云覆盖条件或者阴天情况下云中液态水是引起大气辐射的主要因素,典型层云覆盖下大气的透过率在10.7,18.7和36.5 GHz分别为0.942,0.828和0.605。与晴空相比,由层云中液态水引起的大气下行辐射的增量在36.5 GHz最大达到75.365 K。表明在云覆盖时大气影响的校正过程中云层的影响是校正重点。最后利用大气探空数据计算了内蒙古海拉尔地区2013年夏季7月份的大气透过率,结果显示C、X波段的大气透过率接近1,89 GHz受水汽影响较大,其地球表层大气透过率不超过0.7。在内蒙古海拉尔地区,夏季大气透过率具有较为稳定的值,但是随着局部水汽的变化具有0.1左右的波动。     

结合Lab空间和单尺度Retinex的自适应图像去雾算法

针对暗通道先验算法在大片天空区域透射率估计过小及景深突变处出现Halo效应的问题，提出一种结合Lab空间和单尺度Retinex的图像去雾算法。将RGB图像转换至Lab空间提取出亮度分量，利用Canny算子对亮度分量提取边缘信息，丰富恢复图像细节；利用单尺度Retinex对非边缘区域进行高斯自适应滤波估计出优化后的亮度分量，获得“伪”去雾图像，得到粗略的透射率；利用交叉双边滤波优化透射率消除Halo效应；最后根据大气散射模型恢复出无雾图像。实验结果表明，该方法恢复出的图像细节明显，整体平滑，且对含大片天空区域的图像也有较好的恢复效果。     

On the solar radiation field in a polluted atmosphere

Measurements of the fields of intensity and polarization of radiation from the sunlit sky, made in the heavily polluted atmosphere of Los Angeles, are compared with similar measurements obtained in Davis under particularly clear atmospheric conditions, and with computed fields for selected atmospheric models. Data for a thick stratus overcast are also included. The measurements are in six spectral intervals from the ultraviolet to the near infrared, the intervals being defined by interference type optical filters in combination with a photomultiplier tube having an S-20 response.     

大气下行长波辐射快速实验测量方法研究

采用辐射传输模式模拟了特殊角度随气溶胶光学厚度及大气温湿度的变化情况,结果显示晴空下该角度不受气溶胶影响,受大气温度影响小,但受大气水汽含量影响显著,因此晴空下热红外光谱仪测量下行辐射时特殊天顶角可只根据大气水汽含量确定。西部荒漠地区下行辐射测量实验结果表明,据大气水汽含量确定的特殊角度值与实验结果一致,且该角度处辐射作为积分辐射符合精度要求。特殊角度值可用研究区大气水汽含量确定,该快速测量法可广泛用于野外实验,方便快捷测量准确瞬时下行辐射。     

一种改进的光谱图像反演地表目标遥感反射率的方法

提出一种改进的反演地表目标遥感反射率的方法.利用光谱图像中的太阳耀光估计当时气象条件下的大气透过率,分析了天空辐射和色散现象对反演的影响,据此构建遥感反演模型,计算出地表目标的遥感反射率.由于消除了天空漫射辐射带来的额外影响使得可见光波段的反演准确度大为提高,此外将菲涅尔反射率表示为波长的函数进行计算使反演光谱在整个波段范围内能更好地匹配实验室光谱.实验结果表明,改进算法计算的反射率能更好地匹配实验室光谱,具有更高的反演准确度.     

针对测量仪器设计的天空亮度分析

天空亮度分布在大气光学领域有着重要的应用。利用Modtran计算了在各种大气、地表条件下的天空亮度分布,分析了大气模式、能见度、云对天空亮度分布的影响,给出了天空亮度的大致动态范围,为天空亮度测量仪器的研制,特别是探测器的选择提供了科学依据。     

Ground-based remote sensing of atmospheric total column CO_2 and CH_4 by direct sunlight in Hefei

Fourier transform spectrometry has played an important role in the three-dimensional greenhouse gas monitoring as the focus of attention on global warming in the past few years. In this paper, a ground-based low-resolution remote sensing system measuring the total columns of CO2 and CH4 is developed, which tracks the sun automatically and records the spectra in real-time and has the advantages of portability and low cost. A spectral inversion algorithm based on nonlinear least squares spectral fitting procedure for determining the column concentrations of these species is described. Atmospheric transmittance spectra are computed line-by-line in the forward model and observed on-line by direct solar radiation. Also, the wavelength shifts are introduced and the influence of spectral resolution is discussed. Based on this system and algorithm, the vertical columns of O2, CO2, and CH4 are calculated from total atmospheric observation transmittance spectra in Hefei, and the results show that the column averaged dry-air mole fractions of CO2 and CH4 are measured with accuracies of 3.7% and 5%, respectively. Finally, the H2O columns are compared with the results observed by solar radiometer at the same site and the calculated correlation coefficient is 0.92, which proves that this system is suitable for field campaigns and used to monitor the local greenhouse gas sources under the condition of higher accuracy, indirectly.     

基于天空模型的公共场所照明智能控制

公共场所照明具有全天候、多应用、能耗大的特点。掌握任意时间的天空亮度分布情况是充分利用自然光、实现智能照明的基础。基于国际照明委员会（CIE）给出的天空亮度计算公式,建立自然光对公共照明区域产生的天空照度模型。引入数学和光学相关原理建立公共场所人造光和自然光的混合模型。利用改进蚁群算法求解模型,得出最佳的灯具亮度组合,实现舒适和及节能的综合最优。最后,选择典型的大跨度带天窗建筑物为采光对象,用实验仿真验证策略的有效性。