科學(xué)島團隊在高時間分辨率同步多軸系統(tǒng)研制方面取得新進展

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

　　團隊基于離軸多路光譜遙測的思想，采用科研級CCD成像光譜儀，自主設(shè)計的小視場角望遠鏡、Y型同軸分束光纖、多路機械快門控制模塊實現(xiàn)了分鐘級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)的采集時間分辨率限制。研究成果有望成為車載移動平臺大氣監(jiān)測的核心設(shè)備，為大氣污染監(jiān)測和污染源溯源研究提供有力支持。
 

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

　　研究團隊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、車載均適用的同步多軸遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)了一個循環(huán)仰角光譜的分鐘級探測，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)極大提升了采集時間分辨率。在外場試驗中，同步多軸系統(tǒng)與MAX-DOAS、LP-DOAS系統(tǒng)同期觀測的結(jié)果如下：在DOAS方法反演痕量氣體斜柱濃度中，RMS、dSCD誤差是衡量濃度準確性的重要指標，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的更細致；NO2近地面濃度對比實驗中，同步多軸系統(tǒng)與LP-DOAS系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)相關(guān)性高達0.901。后續(xù)同步多軸系統(tǒng)將繼續(xù)拓寬其在高時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)測的優(yōu)勢。
 

　　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。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目的資助。
 

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)探測時間分辨率(1min內(nèi))
 

圖3 同步多軸系統(tǒng)與MAX-DOAS測量NO2、HCHO結(jié)果對比