近日，中科院合肥物質(zhì)院安光所張為俊研究員課題組在氣溶膠單次散射反照率垂直廓線(xiàn)探測技術(shù)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《無(wú)人機載腔增強反照率光譜儀：一個(gè)同時(shí)原位測量氣溶膠光散射和光吸收垂直廓線(xiàn)的強大工具》為題發(fā)表于美國光學(xué)學(xué)會(huì )（OSA）出版的Optics Express上。
氣溶膠單次散射反照率（SSA，散射系數與消光系數之比）是輻射強迫計算中關(guān)鍵的輸入參數。測量SSA的垂直廓線(xiàn)，對于氣溶膠輻射效應的準確評估和氣溶膠-輻射-大氣邊界層相互作用等研究具有重要意義。然而，受探測手段限制，目前SSA垂直廓線(xiàn)直接觀(guān)測數據十分有限且誤差較大，亟需發(fā)展可用于準確探測SSA垂直廓線(xiàn)的裝置。
團隊趙衛雄研究員等人2014年將寬帶腔增強吸收光譜技術(shù)與積分球相結合，研制了國際上首臺腔增強反照率光譜儀，實(shí)現了氣溶膠消光、散射和吸收系數以及SSA的原位、同步測量（Atmospheric Measurement Techniques, 7(8), 2551-2566, 2014）。之后，進(jìn)一步發(fā)展了寬波段腔增強反照率光譜測量系統（Optics Express, 26(25), 33484-33500, 2018）和吸濕性腔增強反照率光譜儀（Atmospheric Measurement Techniques, 13(5), 2623-2634, 2020），實(shí)現了氣溶膠多光學(xué)參數的光譜特性和吸濕增長(cháng)特性測量。
本研究在已有工作基礎上，針對氣溶膠單次散射反照率垂直廓線(xiàn)測量，采用新型籠式同軸一體化的光腔結構（圖1）和高精度溫控電流源系統，解決了飛行過(guò)程中振動(dòng)和溫度變化帶來(lái)的影響，結合獨立的供氣和供電方式，研制了無(wú)人機載腔增強反照率光譜儀（圖2），首次實(shí)現了SSA垂直廓線(xiàn)的原位測量（圖3）。
系統包含一架六旋翼油動(dòng)無(wú)人機（載重40kg，續航超1小時(shí)）和一臺小型化反照率光譜儀，并配備了微型黑碳儀、光學(xué)氣溶膠探空儀和袖珍式紫外臭氧分析儀等多種輔助載荷和探頭。系統已成功應用于2020-2021年壽縣國家氣候觀(guān)象臺氣溶膠光學(xué)特性垂直綜合觀(guān)測實(shí)驗，可為氣溶膠與邊界層相互作用、大氣復合污染以及氣候變化等研究提供重要、獨特的測量方法和準確的觀(guān)測數據。
本研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院科研裝備研制項目、中科院青年創(chuàng )新促會(huì )及合肥物質(zhì)院院長(cháng)基金資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1364/OE.493696
圖1. 無(wú)人機載腔增強反照率光譜儀籠式一體化光腔結構示意圖
圖2. 無(wú)人機載腔增強反照率光譜儀實(shí)物圖
圖3. 無(wú)人機載腔增強反照率光譜儀應用于多光學(xué)參數垂直廓線(xiàn)測量示例
