基于地对空观测光谱的大气CO2柱浓度反演分析

基于地对空高光谱观测获取大气CO₂柱浓度(大气中CO₂的垂直总含量)数据是验证和改进卫星高光谱观测反演CO₂浓度的重要数据源之一,而目前在中国还没有基于地面光谱观测进行大气CO₂柱浓度反演研究的报告。利用光谱分析仪与太阳跟踪仪等构成的地面观测系统在中国内蒙古锡林郭勒草原进行了地对空高光谱观测,基于高光谱观测数据反演了大气CO₂柱浓度。在基于1.6 μm大气CO₂的光谱吸收特征进行CO₂浓度反演过程中,评价分析了观测光谱的波长漂移和气象参数对大气CO₂柱浓度反演精度的影响。结果显示观测期间平均大气CO₂柱浓度为390.9 μg·mL-1。波长的漂移将会导致反演浓度值整体偏低;波长漂移从-0.012～0.042 nm范围时,将会导致1 μg·mL-1以上的偏差。同时,研究发现光谱透过率在6 357～6 358,6 360～6 361和6 363～6 364 cm-1谱段敏感于气象参数的变化。对比利用与光谱观测同时和非同时观测的气象参数进行的浓度反演结果发现,非同时观测气象参数的利用引起的浓度偏差最小在0.11 μg·mL-1,最大可达4 μg·mL-1;本论文的分析结果对基于光谱反演CO₂柱浓度算法的改进有着一定的参考价值。     

基于GOSAT卫星数据的大气甲烷反演误差分析及校正

大气甲烷(CH₄)高精度反演受到多种因素的影响,其中地表特征和大气状态的不确定性是重要的影响因素,如地表反射率、温度、湿度和压力廓线。地表反射率受到诸多因素的影响,难以获得精确的数据,会给反演结果带来较大误差。温度、湿度和压力廓线的不确定性亦是反演误差的重要来源,由此产生的系统误差难以避免,单独利用CH₄吸收带进行反演难以消除此种误差。针对各种参数不确定性的影响,本文提出比值光谱法和CO₂吸收带校正法进行校正。比值光谱法通过将绝对辐亮度谱转化为比值光谱,抑制地表反射率在反演过程中的作用。CO₂吸收带校正法利用CO₂ 1.61 μm吸收带,将CH₄柱含量转化为CH₄体积混合比,校正温度、湿度和压力廓线不确定性引起的系统误差。通过将两种校正方法结合,可同时抑制地表反射率和温度、湿度、压力廓线不确定性产生的影响,减小反演误差。利用温室气体观测卫星(GOSAT)的观测数据进行大气CH₄反演,采用比值光谱法和CO₂吸收带校正上述误差,结果显示校正后的CH₄体积混合比与GOSAT-Level2产品相当接近,反演精度可达-0.24%,反演结果较为稳健可靠。研究表明,比值光谱法和CO₂吸收带校正法可有效校正地表特征和大气状态参数不确定性引起的误差,提高大气CH₄反演精度。     

地下储存CO2 泄漏胁迫下地表植被光谱变化特征及识别研究

随着全球气候变暖,减少温室气体排放成为全世界所关注的问题,而碳捕捉与储存(carbon capture and storage,CCS)技术可以减少温室气体CO₂排放量,但储存在地下的CO₂有泄漏的风险。本工作的目的是通过野外模拟实验,研究地表植被(甜菜)在CO₂轻微泄漏胁迫下其叶片叶绿素含量、水分含量及光谱变化特征,结果表明CO₂泄漏胁迫的甜菜叶绿素与叶片含水量明显降低,叶片反射率在550 nm减小,而在680 nm增大。设计了比值指数R₅₅₀/R₆₈₀进行识别CO₂泄漏胁迫的甜菜,发现该指数能够在胁迫发生7天后识别出胁迫的甜菜,且该指数具有较强的敏感性、稳健性及识别能力。研究结果对于未来CCS项目选址、地表生态监测评估、遥感监测CO₂泄漏点等都具有重要的现实意义与应用价值。     

基于脉冲CO2激光锡等离子体光刻光源的极紫外辐射光谱特性研究

研究了不同条件下脉冲放电CO₂激光烧蚀平板锡靶产生的等离子体极紫外辐射特性, 设计并建立了一套掠入射极紫外平焦场光栅光谱仪, 结合X射线CCD探测了光源在6.5～16.8 nm波段的时间积分辐射光谱,得到了极紫外光谱随激光脉宽, 入射脉冲能量及背景气压的变化规律。实验结果发现：入射激光脉冲能量在30～600 mJ变化时,极紫外辐射光谱的强度随辐照激光脉冲能量的增加而增加, 但并不是线性关系, 具有饱和效应, 且产生极紫外辐射的脉冲能量阈值约为30 mJ,当激光脉冲能量为425 mJ时具有最高的转换效率,此时中心波长13.5 nm处2%带宽内的转换效率约为1.2%。激光脉冲半高全宽在50～120 ns范围内变化时, 极紫外辐射光谱的峰值位置均位于13.5 nm,光谱形状几乎没有什么变化, 但是脉宽从120 ns变到52 ns后,由于激光功率密度的提高,极紫外辐射强度也随之增强了约1.6倍。极紫外光谱的强度随背景气压的增大而迅速下降, 当腔内空气气压为200 Pa时, 极紫外辐射光子几乎被全部吸收,而当缓冲氦气气压为7×104 Pa时,仍能够探测到微弱的极紫外辐射信号,计算表明100 Pa的空气对13.5 nm极紫外光的吸收系数为3.0 m-1,而100 Pa的He气的吸收系数为0.96 m-1。     

基于三光谱带的大气散射效应校正方法

大气散射效应作为CO₂反演的主要误差源,严重影响了全球大气CO₂卫星产品的应用研究。气溶胶作用以及气溶胶与地表综合作用是大气散射的重要来源。基于O₂-A,CO₂ 1.6和2.06 μm三个光谱带中的强、弱吸收峰和连续谱,从大气气溶胶光学厚度和地表反照率的角度,分析三光谱带具有的相关信息,提出改进的全物理反演方法,对相关性很强的气溶胶光学厚度和地表反照率这两个散射相关参数进行同步反演,实现大气CO₂反演中的散射效应校正。模拟计算气溶胶影响、气溶胶和地表反照率两者综合影响导致的CO₂反演误差,并进行校正,极端情况下导致的8% CO₂反演误差可校正到1% 内,气溶胶类型差异导致最高达10%的散射影响可校正到2%内,显示了方法的有效性,同时通过对校正效果的评估,表明该方法应用于卫星数据高精度反演的潜力,也指出了实际应用时需要关注的问题。     

Zn元素替代对MgGa2O4∶Cr3+的结构和发光性能的影响

采用高温固相法按化学式Zn_xMg_(1-x)Ga₂O₄∶Cr3+(x=0,0.2,0.6,0.8,1.0)配比原料制备了一系列红色长余辉发光材料。X射线衍射(XRD)分析表明样品物相均为面心立方结构。光致发光特性表明样品的红光发射峰均由以Cr3+为发光中心的电子2E—4A₂跃迁所致,Cr3+的激发带与基质发射带之间有大面积重叠,两者间存在有效的能量传递。余辉衰减曲线与热释光谱分析表明,不同Zn掺入量的样品余辉衰减快慢不同,是由于其中存在的陷阱能级深度不同,且陷阱能级越深,其余辉时间越长。     

白光LED用Ba3SiO4Cl2∶Eu2+材料的光谱特性

采用高温固相法合成了Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+蓝绿色荧光粉,并测量了材料的光谱特性等。研究结果显示,在365 nm近紫外光激发下,Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+材料呈双峰宽带发射,主发射峰分别为445和510 nm;分别监测这两个发射峰,所得激发光谱覆盖范围为250～450 nm,主激发峰分别为350和400 nm,但光谱分布不同,说明两发射峰来源于不同的Eu2+发光中心。研究了Eu2+掺杂浓度对材料光谱性能的影响,发现随Eu2+掺杂量的增大,445 nm发射峰的强度增加,而510 nm发射峰的强度减弱。采用去离子水清洗Ba₃SiO₄Cl₂∶Eu2+材料后,445 nm发射峰消失,只保留了510 nm发射峰,且发射峰的强度明显减弱。     

重离子辐照SiO2 的光致发光(英文)

基于荷能离子与固体相互作用特点 ,提出了一种新的制备光致发光材料的方法——高能重离子辐照 .用这种方法研究了SiO₂ 薄膜的光致发光特性 ,发现高能 84Kr和40Ar离子辐照可在注碳Si O₂ 薄膜样品中产生强的蓝-紫光发射带 ,掺杂碳增强了辐照样品的发光特性.     

纳米晶Gd2O3 ∶ Eu3+的制备与发光性质

利用共沉淀法制备了纳米晶Gd₂O₃ : Eu³⁺发光粉体。 在不同掺杂浓度、不同煅烧温度的系列样品中,均观测到Eu³⁺离子的特征发射。样品的晶相与发射性质的研究表明:所制备的样品经800~1 300 ℃热处理后,晶相为立方相,1 400 ℃时开始向单斜相转变。荧光强度与Eu³⁺离子掺杂浓度关系研究表明:在不同掺杂浓度中,Eu³⁺离子浓度为4%时其相对发射强度最强。在三个不同的煅烧温度中,经800 ℃煅烧的样品其发光效果最好。此外还观察到电荷转移激发态以及基质、Gd³⁺与Eu³⁺之间的能量传递。激发谱包含三部分,即电荷转移带、Eu³⁺的4f内壳层电子跃迁和Gd³⁺的激发谱。     

Ca9R(VO4)7 : Eu3+ 发光粉的发光特性

采用高温固相法制备了Eu³⁺离子激活的Ca₉R(VO₄)₇(R = Y, La, Gd)红色发光粉,并利用荧光光谱对发光粉的特性进行研究。激发光谱中,Ca₉Y(VO₄)₇ : Eu³⁺ , Ca₉La(VO₄)₇ : Eu³⁺和Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺都有两个宽的VO^3-₄激发带和Eu³⁺的特征激发峰。发射光谱中,在Ca₉Y(VO₄)₇ : Eu³⁺ 和Ca₉La(VO₄)₇ : Eu³⁺中的350~550 nm范围内出现VO^3-₄的发射带,而在Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺中却没有观察到VO^3-₄的发射。在这三种发光粉中,Ca₉Gd(VO₄)₇ : Eu³⁺的发光强度远远高于其它两种,这是由于Gd³⁺的存在有效地使能量通过Gd³⁺ →VO^3-₄ → Eu³⁺及Gd³⁺ → Eu³⁺的两种方式进行能量传递,从而提高了Eu³⁺发光效率。     

激光拉曼定量分析氘气方法研究

应用拉曼光谱法对氘气在不同条件下的谱峰信噪比进行了实验研究。采用32 mW功率的Ar+激光器(514 nm),通过石英玻璃管,研究了光栅、激光功率、曝光时间和气体压强对氘气拉曼谱图信噪比的影响,得出了氘气拉曼光谱信噪比与激光功率、曝光时间和气体压强呈正比关系。绘制出适用于本套实验仪器的不同压力与信噪比的标准曲线,并用三组随机样品对关系式SNR(J 2→2)=10.6×10-4p+1.271 34进行验证。当氘气压强为21 280 Pa时,相对误差是4.8%,并且当压强增大到67 235 Pa时,相对误差下降到1.46%。     

目标差分吸收光谱技术测量大气NO2平均浓度的方法研究

介绍了一种测量近地面大气NO₂平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法,即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。该方法基于被动差分吸收光谱技术,测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱,通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO₂浓度沿路径的积分值SCD(slant column density),同时仪器到目标之间的距离已知,并通过选取特定的参考光谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收,最终计算出仪器和目标之间的大气NO₂平均浓度。利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验,成功获取了观测地大气NO₂浓度。观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对比,二者呈现较好的一致性,验证了该方法的可行性。     

温度对二氧化硫紫外吸收特性的影响

以氘灯为激发源,获得了不同温度、大气压条件下SO₂分子在285.0～320.0 nm波长区间的吸收谱。光谱图由弥散谱叠加分离谱组成,弥散谱产生于SO₂分子由基态向密集的高振转能级的吸收跃迁,分离谱主要产生于B1B₁←X1A₁跃迁,由分离谱带的间隔,获得了B1B₁激发电子态的对称拉伸和弯曲振动频率分别为：ω₁=(665±29) cm-1,ω₂=(448±17) cm-1。通过观测不同温度下的吸收谱,发现不同温度下吸收谱的结构基本相同,但吸收截面随温度升高而下降,不同吸收峰对应的吸收截面随温度呈现三次方规律变化,但比例系数不同。所以,在以吸收截面为基础的SO₂差分吸收光谱探测中,必须考虑温度变化对测量结果的影响。     

纳米金红石TiO2光催化剂的水解合成及其性能

采用水解法在323 K制备了比表面积较大的纳米金红石TiO₂光催化剂,并通过X射线衍射（XRD）、BET比表面积测试法、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、红外光谱（IR）和光电化学（PEC）测量对纳米光催化剂进行了表征。以甲基橙为光催化反应的模型化合物,在比表面积相近的条件下,对纳米金红石和锐钛矿TiO₂光催化剂的光催化活性进行了评价。光催化实验结果表明：比表面积为～95 m2·g-1时,比表面积相近的金红石和锐钛矿的紫外光催化活性相当, 但金红石的可见光催化活性明显高于锐钛矿的可见光催化活性。光电化学实验表明: 在紫外光照射下催化剂的光电流密度从弱到强的顺序与其紫外光催化活性从低到高的次序一致。     

正交偏振法消除生物组织表面反射光的研究

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法：透射法和反射法。其中,根据光纤测头与生物组织接触与否,反射法分为接触和非接触两种形式。接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、温度等变化会导致测量条件的变化,进而影响光谱数据的稳定性;非接触测量时, 虽然克服了接触压力、测头温度等对测量的干扰,却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头,由于表面反射光强度高且集中,将会影响检测器的动态范围。因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。首先,以不同被测物为对象,研究了表面反射光的偏振态,结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关,表面粗糙程度越小,偏振度越高,由此推断出,经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性;然后,以Intralipid-20%溶液为被测对象,对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究,实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光;最后,比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线,二者高度重合,这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力,旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响,以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。     

高气压CO2激光器宽带输出频谱特性的理论研究

从理论上研究了高气压CO2激光器的宽带输出频谱特性.结果表明，在20个大气压下，CO2激光器有宽带输出，带宽高达5.0 cm－1（相当于150 GHz），从971 cm－1~976 cm－1，峰值在10R(16)线处，10R(14)线和10R(18)线差不多对称地分布其两侧.很小的增益差异（4.6%）造成了很大的能量输出差异（100多倍）.比较了谐振腔内有无色散元件时的输出频谱，理论证明了谐振腔内无任何色散元件时的宽带输出频谱是光滑连续的，而频率依赖的反馈引起了输出频谱很强的精细结构.理论计算结果与实验测量结果符合较好.     

银/二氧化硅薄膜对硝酸钠红外吸收特性的影响

采用银氨溶液与二氧化硅溶液混合的方法制备银/二氧化硅(Ag/SiO₂)薄膜材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及紫外—可见吸收光谱进行了表征。研究了Ag/SiO₂薄膜对硝酸钠水溶液的红外吸收光谱特性的影响。结果表明硝酸根的反对称振动吸收峰随着硝酸钠的浓度提高而变化,这可能与Ag/SiO₂薄膜材料的表面等离子体增强效应和有效表面积增大效应有关。     

Nd∶KY(WO4)2和Nd∶KG(WO4)2晶体吸收光谱性能分析

通过研究分析钨酸盐晶体Nd∶KY(WO₄)₂和Nd∶KG(WO₄)₂在室温下的吸收光谱，发现这2种晶体具有作为激光晶体的优良特性。根据Judd-Ofelt理论和测试所得的吸收光谱及数据，用VC++编程计算出晶体的谱线强度、振子强度、吸收截面等，拟合得Nd³⁺离子的3个晶场调节参数Ω_λ(λ=2，4，6)的值，并从理论上计算了自发跃迁几率、能级寿命、荧光分支比和积分发射截面。从计算得出的荧光分支比β可以看出，Nd∶KY(WO₄)₂(β_1060nm=0.4380)和Nd∶KG(WO₄)₂(β_1060nm=0.4618)晶体荧光分支比都较大，计算了该晶体的X=Ω₄/Ω₆，并将其X值与其他晶体的X值加以比较，Nd∶KY(WO₄)₂和Nd∶KG(WO₄)₂均易于实现1.06μm激光输出，适合作为LD泵浦的钨酸盐晶体激光器。