海面油膜的偏振高光谱反射特性分析

针对遥感技术对海面油膜污染监测的需要和油膜污染对海洋的影响,以大庆原油、吉林原油、重油和大连湾海水为材料模拟海面油膜污染,测量不同原油与不同厚度油膜的多角度高光谱偏振反射信息,并计算出偏振度.通过对不同厚度油膜与海水的偏振度对比分析得出:在薄油膜情况下,在400～1000nm内海水的偏振度大于油膜的偏振度,但785nm附近差异较小;在入射天顶角为20°和30°时(探测天顶角等于入射天顶角),利用近红外波段785和880nm处的偏振度易于区分油膜厚度的变化;当油膜厚度增加到一定程度时,呈现出原油固有的偏振度特性,即在可见光范围内海水的偏振度大于油膜的偏振度,在近红外波段范围内小于油膜的偏振度;当入射天顶角从40°到50°时,海水的偏振度逐渐增大,且在50°时大于油膜的偏振度.海面油膜偏振反射特性的研究为遥感监测海面污染提供了新的依据.     

中国东海“桑吉”轮溢油污染类型的光学遥感识别

溢油是海洋环境监测的重要对象之一.在海洋环境动力作用下,溢油会形成复杂多样的污染类型.准确识别、分类并定量估算不同类型的溢油污染,有助于溢油事件应用处理策略的制定与灾损评估.微波雷达与光学是海洋溢油遥感监测的主要手段,具有不同的技术优势与应用特点.近年来,海洋溢油光学遥感的理论与应用研究发展迅速,其对不同海面溢油污染类型的识别、分类与定量估算能力得到认可.针对2018年1月中国东海"桑吉"轮溢油事件,利用中国GF-3合成孔径雷达数据,实现"桑吉"轮疑似溢油的圈定.优选欧洲空间局Sentinel-2卫星的多光谱数据,开展无云覆盖区域"桑吉"溢油的光学遥感探测.基于溢油模拟实验的光谱响应特征分析,阐明了典型溢油污染的Sentinel-2卫星多光谱特征,进一步开展"桑吉"轮溢油污染类型的光学遥感识别与分类.结果表明,"桑吉"轮溢油在其扩散与风化过程中,形成了3种显著差异的溢油污染类型,即海面油膜、油包水状、水包油状乳化物.不仅与GF-3合成孔径雷达的疑似溢油监测结果互为验证,更实现了不同溢油污染类型的光学遥感识别与分类.最后,初步讨论了光学遥感与微波雷达的集成应用策略,通过优势互补,能有效提高海洋溢油的遥感监测水平,并为中国海洋水色业务卫星的应用提供借鉴.     

火星沙尘暴监测方法

沙尘暴是火星表面-大气-空间构成的圈层耦合系统中一种重要的天气现象.火星沙尘暴具有显著的季节性,但对不同时空尺度和等级的沙尘暴的发生规律至今仍认识不清.沙尘暴会对火星表面探测器带来诸多影响,如降低太阳能电池板发电量、降低环境温度、扰动大气密度和风场、阻碍通信、污染仪器等,是火星表面探测任务面临的最大安全威胁之一.本文系统性地回顾了人类历史上对火星沙尘暴的监测方法及其数据反演方法,以期为我国构建完善的火星沙尘暴监测体系提供基本的方法支撑.为了更好地保障和服务我国未来火星采样返回任务和后续火星探测任务,我国应考虑尽早建立完善的火星沙尘暴监测体系,这一体系应包含的探测方法包括着陆器可见光相机监测、环绕器可见-红外多光谱相机监测和地基光学望远镜监测.通过这些不同平台、不同时空尺度的监测手段相互配合,既能有效保障我国的火星探测任务安全实施,也将极大促进我国的火星系统科学研究.     

海面油膜光谱响应实验研究

以辽东湾海水与辽河油田原油为材料, 利用ASD全谱段地物光谱仪, 针对海洋石油污染中的海面较薄油膜为研究对象, 设计海面油膜光谱响应室内实验, 模拟海面油膜厚度连续变化过程, 测量并分析油膜光谱的变化特征及其与油膜厚度的相关关系. 研究表明: 在1150~2500 nm短波红外谱段范围内, 油膜的反射率随油膜厚度变化很小, 但高于本底水体光谱反射率, 此范围中有效遥感谱段具有探测较薄油膜有无的能力; 在400~1150 nm可见光-近红外谱段范围内, 油膜光谱反射率明显低于本底水体, 并随着表面油膜厚度的增加而逐步降低, 油膜光谱反射率与油膜的厚度呈很强的幂函数负相关关系, 以550和645 nm为中心的绿光、红光波段的油膜光谱响应表现最优, 可作为海面油膜多/高光谱遥感探测与评估的最佳选择波段.     

土地覆盖变化对高山草甸土壤特性的影响

以青苦恼高原东南部高寒草甸草地为例，从土壤养分、土壤物理性质以及土壤水分含量，研究了高山草甸土壤特性在不同土地覆盖下的变化特征。随地表植被退化、植被覆盖度降低，土壤密实度下降，原有的致密根系层逐渐风化剥离，地下生物量显著减小，水土流失加剧，砾石含量增加，土壤显著粗砺化。上层土壤（0－20cm）有机质含量与全氮含量随植被覆盖度变化具有显著的相关关系，表明当高寒草甸植被盖度大于60％时，随植被覆盖度增加，土壤有机质与全氮含量急剧增加。覆盖度小于30％时，植被盖度减少，土壤养分要素含量也随之明显递减，但在覆盖度30％－60％之间变化时，土壤养分含量呈相对稳定状态；从统计角度提出了描述这种相互关系的数学方程。上层土壤含水量随植被覆盖度而增加，土壤含水量随植被覆盖变化规律呈现显著的二次抛物线性过程。深层土壤的养分与水分变化较复杂，与植被覆盖度之间没有明显依存关系。初步估算表明：植被覆盖度从90％下降到30％以下时，高山草甸土壤有机质将流失14890kg/hm^2，氮素损失将达到5505kg/hm^2。     

沙尘暴对火星表面探测器的影响:回顾与展望

沙尘暴会对火星表面探测器带来发电量减少、环境温度降低、通信不稳定和仪器污染等方面的影响.为保障我国祝融号火星车的安全运行及未来火星表面探测任务的顺利开展,亟须评估沙尘暴对火星表面探测器的影响.通过系统性地回顾1997～2018年间火星表面探测器(包括着陆器与火星车)对沙尘的响应,初步认清了沙尘对火星表面探测器的影响规律——探测器太阳能电池阵列表面的尘埃以比较稳定的速率积累,而尘埃的沉积速率在沙尘暴期间,尤其是全球性沙尘暴期间会大大加快;同时,受多方面影响,电池阵列表面也会发生具有季节性模式的除尘事件.为规避沙尘暴带来的风险,在美国洞察号着陆器(InSight)的设计阶段就全面评估了沙尘暴对其着陆硬件系统及太阳能电池阵列的影响,并采取了一系列应对措施.洞察号应对沙尘暴的举措为我国未来的火星采样返回任务提供了重要启迪——前瞻性的科学指导是保障工程任务成功实施的关键.通过分析我国火星采样返回任务的初步轨道设计方案,建议未来火星探测器发射的最优窗口为2028年1月左右,以合理规避沙尘暴带来的风险.     

夜蛾翅膀表面疏水性能的多元耦合机理分析

利用体式显微镜、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪和接触角测量仪等测量分析仪器, 对东北地区常见的10种夜蛾翅膀表面形态、超微结构、成分和表面润湿性能进行了定性定量研究. 研究表明: 夜蛾翅膀表面覆盖有履瓦状排列的鳞片, 不同种类蛾的鳞片形态不同, 鳞片表面相间分布有近似平行的纵肋与凹槽结构, 鳞片主要由蛋白质和几丁质组成, 有鳞片和无鳞片时蛾翅膀表面的静态接触角存在很大差异, 分别为144.8°~152.9°和90.0°~115.9°. 利用Cassie模型建立了夜蛾翅膀表面润湿方程, 并进行了蛾翅膀表面疏水性能的多元耦合机理分析, 认为蛾翅膀表面的润湿性能是由其表面材料、形态和结构三个耦元共同耦合作用的结果.     

微结构超疏水表面液滴的运动性质

超疏水表面一般是指接触角大于150°, 运动角(或滚动角)小于5°的固体表面, 其在基础研究和现实应用方面存在巨大价值. 通过光刻技术和自组装膜技术制备了最大接触角为172°, 最小运动角为2°的超疏水表面. 研究了Cassie状态液滴的运动角与微结构表面参数之间的关系, 发现运动角与微结构高度无关, 但随着微结构间距的增加而减小, 随着微结构边长的增加而增加. 通过比较Cassie状态、混合状态液滴运动角的大小, 认为液滴运动角的大小由后接触线的状态决定, 而与最外缘三相接触线内的固液接触状态、前接触线状态无关.     

双极性二维异质结助力图像识别的感算一体化发展

<正>传统的图像识别系统由分立的光电探测器和计算机处理系统组成,由光电探测器先探测目标光信号,然后将探测到的光信号转换成电信号,再传输到计算机系统进行处理以达到识别的目的^[1～3].但是光电探测器在探测目标图像的同时会产生大量冗余信息,     

嫦娥一号探测器发现月球正面 “玉兔&rdquo|火山

月面白天日照情况下, 高海拔、高反照率地区反射阳光产生的辐射状光线, 会对其周围海拔低、地形变化缓慢、反照率低的地区带来显著的“灯下黑”照明效应的影响, 甚至把这些地区的地貌从光学波段 “隐藏” 起来. 利用嫦娥-1绕月探测器激光测高得到的地形DEM模型, 对比重力探测的历史结果, 在月球正面风暴洋西部(中心位于(14°N, 308°E)处), 从“灯下黑”区域新认证了一个直径约300 km, 高度约2 km的火山——暂时称为“玉兔”山. 还修正了“玉兔”山以北300 km左右的“桂树”火山三维地形. 该发现对研究月球正面演化过程有重要的参考价值.     

开放式空气CO2浓度增加条件下水稻对土壤微污染铜胁迫响应

在开放式空气CO₂浓度增加(FACE)平台下, 采用盆栽试验, 初步研究了CO₂浓度升高至570 μmol·mol^-1时, 水稻叶片对土壤二级Cu污染胁迫的响应. 结果表明: 当CO₂浓度升高至570 μmol·mol^-1时, 水稻叶片中Cu含量与对照圈(Ambience)相比有降低的趋势, 尤其当土壤受到二级Cu污染时, 降低趋势更明显; 在FACE条件下, 二级Cu污染引起水稻叶片超氧化物歧化酶(SOD酶)活性在水稻整个生长阶段受到诱导, 而还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量没有显著变化. 在自然CO₂浓度下, 二级Cu污染造成了SOD酶活性在水稻整个生长阶段受到抑制; 而GSH和GSSG含量受到诱导, 在拔节期诱导率最大, 后期恢复到对照水平. 随着水稻生长发育, 丙二醛(MDA)的含量不断上升, 但是在同一生长阶段FACE圈和Ambience圈各处理组之间没有显著差异. 高浓度CO₂下, 水稻对二级Cu污染胁迫响应部分指标发生变化的机制有待于进一步的研究.     

塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量变化与评价

为揭示塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量变化规律,分层采集不同定植年限林地土壤,在分析了林地土壤肥力因子差异的基础上,选择土壤肥力综合指数(IFI)评价法,对塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量作了定量评价.结果表明:塔里木沙漠公路防护林建设后土壤物理结构变好,孔隙增多、持水能力增强,随防护林年限的增加,土壤微生物量增大、酶活性增强,促进了养分的积累和转化,定植12年的防护林地土壤养分含量明显高于定植不久的防护林地和流沙地.受咸水滴灌影响,定植年限较长的防护林地土壤含盐量较大;林地土壤肥力指数随林龄增大在提高,且与林木生长指标密切相关.说明塔里木沙漠公路防护林的建设有利于风沙土的发育,土壤肥力质量逐年变好,在现有滴灌下能够满足林木正常生长的需要.     

土壤碳酸钙/有效磷化学计量特征对油蒿群落植物密度的影响

干旱和半干旱区土壤碳酸钙会降低土壤磷的有效性, 进而影响植物生长, 土壤碳酸钙/有效磷(钙磷比)化学计量特征会不会影响植物密度, 这有待于研究证实. 本研究对干旱和半干旱区4 个油蒿(Artemisia ordosica)群落做了调查, 进行了正交盆栽实验, 探讨了土壤钙磷比与植物密度之间的关系. 结果表明, 土壤钙磷比化学计量特征对油蒿生长的影响不低于土壤碳酸钙和有效磷, 土壤钙磷比对油蒿密度的影响与气候带及土壤钙磷比增加的类型和量级有关. 当土壤钙磷比量级相同且小于2.5 时, 随土壤钙磷比的增加, 半干旱区油蒿密度逐渐增大, 而干旱区油蒿密度则逐渐减少. 在半干旱区, 当土壤钙磷比量级不变、土壤碳酸钙增幅大于有效磷增幅时, 随土壤钙磷比的增加, 油蒿密度也逐渐增大, 土壤钙磷比与油蒿密度间关系不发生变化.在干旱区, 当土壤钙磷比量级增大、土壤碳酸钙显著增加而有效磷显著减少时, 随土壤钙磷比的增加, 油蒿密度逐渐增大, 土壤钙磷比与油蒿密度间关系发生改变. 因此, 干旱、半干旱区土壤钙磷比化学计量特征不同的变化类型和变化量级是影响油蒿密度的一个重要因素.     

闪烁光斑室

我们最近提出一种探测粒子的新原理,称之为闪烁光斑室。我们注意到:当高能带电粒子穿过薄板型闪烁体时,引起闪烁体发光,产生足够多光子数,会在闪烁体表面形成光子密集于粒子入射点附近的照明区。由于光电探测器量子效率的因素,自     

月球车

月球车的科学名称是"月面巡视探测器",是在月球表面行驶,并对月球进行科学探测的专用车辆.胡震宇,博士,高级工程师;袁勇:工程师;上海宇航系统工程研究所,上海 201108.     

大壁虎在垂直面和水平面上小跑和行走的关节角度观测

大壁虎优异的爬壁和运动协调能力为仿壁虎机器人的研制提供了很好的仿生模型. 用三维运动观测系统测定了大壁虎在水平面小跑(337.1 mm·s^-1)和行走(66.7 mm·s^-1)以及垂直面上小跑(241.5 mm·s^-1)和行走(30.6 mm·s^-1)时前后肢的关节角度变化. 在水平面上, 当运动速度增大时, 关节转动角速度增大, 前肢摆动角前摆的幅度几乎保持在59°不变, 而后摆幅度由72°增大到79.2°. 在垂直面上, 壁虎运动时前肢提升角始终大于零以使质心贴近运动平面, 随速度的增加前肢摆动角前摆的幅度由33.7°增大到36.7°, 而后摆的幅度几乎在87.5°不变. 无论在水平面还是在垂直面上运动, 步态的变化对后肢摆动角的范围影响不大.     

主族层状低维半导体的偏振光探测器

偏振探测在成像、遥感和生物检测等领域具有非常广泛的应用.为了契合光电领域高度集成化的发展目标,偏振光探测器的器件结构需要跳出复杂的检偏器与探测器分离式结构模型,开发新型探测路线.对偏振光天然敏感的主族层状低维半导体可实现直接偏振光探测,实现探测结构的简化.基于Ⅳ族锗系和锡系的低对称性层状半导体在短波近红外具有较高的光响应以及偏振灵敏度,并且基于二维GeSe的偏振光探测器已经实现对近红外实物的二维式扫描偏振成像.基于Ⅴ族锑系和铋系的层状半导体在可见光波段具有较宽的光谱响应以及低的探测噪声,也已实现偏振成像.基于该两类主族层状低维半导体的偏振成像为未来偏振图像传感技术提供了一种简洁可行的思路.     

水面油膜的微波辐射及其遥感

面临着保护海洋环境的任务,如何监测海上油污和治理海洋污染为人们所关切。本文是从微波辐射特性出发,来研究遥感水面石油污染问题,以提高微波遥感海上油污的水平;微波辐射率和被动微波遥感是直接连系在一起的,具有实用的价值。     

江河源区典型多年冻土和季节冻土区水热过程对植被盖度的响应

基于青藏高原江河源区典型多年冻土和季节冻土区建立的不同植被盖度下7个地温和水分观测场, 对多年冻土活动层和季节冻土土壤温度和水分对植被盖度的响应分为4个阶段进行分析和对比研究. 结果表明: 随着植被盖度的降低, 多年冻土活动层冻结深度积分减少, 而季节冻土冻结深度积分增加; 多年冻土冻结期负值等温线和未冻结期正值等温线的最大侵入深度和持续时间随着植被盖度降低明显增加; 多年冻土活动层20~60 cm的土壤含水量随着植被盖度降低而减少, 而60~80 cm的土壤含水量反而增加, 季节冻土土壤剖面0~120 cm的水分含量随着植被盖度的降低而减少. 植被盖度的变化改变了冻土水热过程, 且多年冻土和季节冻土对植被盖度的响应不一致.     

东南景天(Sedum alfredii H)——一种新的锌超积累植物

通过野外调查和温室试验, 发现并鉴定出东南景天(Sedum alfredii H)是一种新的锌超积累植物. 调查结果发现, 东南景天对土壤中高含量的锌有很强的忍耐、吸收和积累能力, 地上部Zn含量为4134～5000 mg/kg, 平均为4515 mg/kg. 营养液培养实验证明, 东南景天对生长介质中的Zn有很强的忍耐能力, 当生长介质中Zn浓度高达240 mg/L时, 植株仍生长正常, 其生物量与对照相比无显著差异. 地上部Zn含量及其积累量均随生长介质中Zn浓度的增加而增加, 当生长介质中Zn浓度为80 mg/L时, 地上部Zn含量和积累量达到最高值, 分别为19.674 g/kg, 19.83 mg/株. 结果表明, 东南景天是我国发现的一种新的Zn超积累植物, 为今后探明植物超积累Zn的机理和Zn污染土壤的植物修复提供了一种新的种质资源.