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.     

石油污染土壤的近红外波段偏振光特性测量

传统遥感技术监测石油污染的实践过程中, 通常认为红外探测器是最为实用的遥感探测器, 并以反射比值作为监测的定量指标. 提出以偏振度作为偏振光遥感的定量指标, 并以吉林省松原油田原油和当地典型表层土壤为实验原料, 在实验室内对4个水平的含油量、3个水平的含水量土壤样品在近红外波段进行了多角度探测模拟实验, 又在室外实地测量了在180°相对探测方位角, 10°, 30°和50°探测天顶角条件下的石油污染土壤与清洁土壤的偏振度值. 结果表明, 当土壤含水量较低时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而增大; 当土壤含水量较高时, 土壤表面反射光的偏振度会随土壤中石油含量的增加而降低.     

飞秒脉冲激光穿越大气层的特性

对不同脉宽、不同中心波长、不同入射天顶角情况下飞秒激光脉冲在大气层中的传输特性进行了数值模拟.理论计算结果表明,在50 km高空大气的二阶色散值为3.44×10-6 ps2/km,与大气在海平面的二阶色散值(2.09×10-2 ps2/km)相比,约小4个数量级;在激光脉冲非垂直发射情况下,当入射天顶角小于60°时,谱宽为40 nm的飞秒激光脉冲的蒙气差值、大气角色散值以及时域色散导致的脉冲展宽量均会随入射天顶角缓慢增加,当入射天顶角大于60°时,这种增长会急剧变大.大气的角色散作用还会使传输光束的横向尺寸和光谱空间分布发生改变,但其改变量要远小于直径为200 mm的光束的衍射效应产生的相应变化.在垂直发射条件下,对于厚度为50 km的大气层而言,800,1064,1550 nm三个不同中心波长的瑞利脉冲宽度分别为700,605,495 fs.由于入射天顶角的增加直接导致有效传输光程增加,随着入射天顶角由0°增至90°,瑞利脉宽单调增加,最大可增至垂直发射时的3倍左右.     

忽略1.6μm偏振计算对二氧化碳反演精度的影响

散射引起的偏振效应会对卫星遥感二氧化碳精度产生较大的影响.本文利用逐线积分方法和累加法精确模拟了星载仪器近红外1.6μm波段的大气层顶偏振辐射特征,计算了分子散射和气溶胶散射引入的偏振效应,分析了偏振效应对大气二氧化碳反演精度的影响.研究表明:1.6μm波段散射引入的偏振效应明显,并随太阳高度角、观测天顶角、气溶胶光学厚度、地表反射率而变化.除个别大角度观测天顶角外,偏振效应随太阳天顶角升高、气溶胶光学厚度增加、地表反射率的减小而变大,并且在吸收线位置的影响要高于窗区.忽略偏振效应导致的大气二氧化碳反演误差随太阳天顶角的升高、气溶胶光学厚度的增加以及地表反照率减小而增大,并且该误差与仪器观测角度有关.模拟结果显示在高太阳天顶角、高气溶胶光学厚度以及低反照率场景下,忽略偏振计算可能引入高于10 ppmv(1 ppmv=10~(-6) L/L)反演误差,远高于1~2 ppmv观测需求.为减小误差,基于该波段的二氧化碳反演需要考虑大气辐射偏振的影响.     

微藻光谱衰减特性测量的一种改进方法

给出了一种可更准确测量微藻混悬液及微藻细胞光谱衰减特性的改进方法,该方法利用不同藻液光程的两个比色皿进行测试,充分考虑了多层介质间的多次反射作用.利用改进的双光程法测得蒸馏水的光谱衰减系数与文献中的数据吻合较好.实验结果表明在300~700 nm波段,BG11培养基的光谱衰减系数显著高于蒸馏水,而大于700 nm波段时,其光谱衰减系数与蒸馏水基本相同.在300~1300 nm波段,小球藻混悬液的光谱衰减系数随波长变化明显且随着浓度的增大而增大,而在1300~1800 nm波段时,浓度对其的影响减弱.在测量波段,不同浓度小球藻的衰减系数及衰减截面随着波长增大逐渐减小,且不同浓度小球藻衰减截面非常接近.     

中子折射与薛定谔方程

实验证实,非偏振中子入射到铁磁性材料中时,会产生双折射现象.本文用定态薛定谔方程讨论自由电子近似与非自由电子近似下,中子的折射与反射,从理论上预言了偏振中子在有效质量各向异性时,也会有双折射现象.本文还从理论上预言了,当中子的能量较高时,偏振中子与非偏振中子均会产生双反射或多反射现象.     

积雪的若干光谱反射特征

本世纪初,融雪径流研究推动了积雪反射特性的测量工作.但直至1947年才开始400—900nm范围内的光谱反射特性测量。近年来,因资源卫星监测积雪动态研究的需要,1975年Harold等用户外取雪样在实验室测定了600—2500nm范围内的雪光谱反射曲线。1980年6—7月,我们在新疆乌鲁木齐河上游天山冰川试验站(海拔3820m)测量了不同状态下积雪在380—1180nm范围内的光谱反射曲线,并据此分析积雪的若干反射光谱特征。     

全球陆地上空MODIS气溶胶光学厚度显著偏高

通过对比全球气溶胶监测网络(AERONET)和中分辨率成像光谱仪(MODIS)陆地上空气溶胶光学厚度资料, 表明除非洲和东南亚少数站点MODIS光学厚度偏低之外, 在其他站点MODIS均高估了气溶胶光学厚度, 平均而言, 蓝光和红光波段MODIS光学厚度分别比相应AERONET光学厚度高0.041和0.090. 红光波段MODIS光学厚度偏差与地表反射率(2130 nm)显著正相关, 表明MODIS气溶胶算法中红光波段地表反射率估算偏低可能是导致这一现象的主要原因. 建议使用蓝光波段MODIS气溶胶光学厚度.     

体位相全息透射光栅的设计和应用

运用重铬酸盐明胶(DCG)制作的体位相全息透射光栅可在宽谱带范围内获得高衍射效率,与表面浮雕型光栅相比,它使后续光学系统的光通量大为提高.因此,此类光栅在天文光谱仪中具有广泛的应用.本文从Kogelnik的标量耦合波理论出发,设计在400nm到800nm波段范围内可获得高衍射效率且具有偏振无关性能的体位相全息透射光栅.     

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.     

基于长周期波导光栅的宽范围电光调谐滤波器

设计了一种基于长周期波导光栅的电光调谐滤波器, 它具有偏振无关性. 理论分析表明, 调谐电压在?84 ~ 84 V之间, 波长调谐范围从1530 ~ 1565 nm, 覆盖了整个C波段; 在整个调谐范围内, 准TE模的耦合效率都在97%以上, 3 dB带宽小于0.8 nm, 波长对电压敏感性为0.208 nm/V. 此滤波器在WDM动态光网络有潜在的应用, 可以用作快速波长扫描/选择, 信道重构以及光学开关等用途.     

燃料油膜蒸发的热重分析法研究

为深入理解不同壁面温度下的燃料油膜蒸发特性, 对热重分析法和石油产品馏程测定法进行了比较. 采用热重分析法在不同气氛流量和不同升温速率下, 研究了不同初始厚度的90#汽油、93#汽油和0#柴油油膜的蒸发特性, 分析了加热速率、油膜厚度和气氛流量等对油膜蒸发的影响. 结果表明, 燃料在热重分析仪中所处的状态和环境接近内燃机中油膜的实际情况, 所得结果可用于分析发动机内燃料油膜的蒸发规律; 热重分析仪能用来模拟影响油膜蒸发的主要因素, 可以对加热速率和油膜厚度等影响因素进行定量的基础研究; 要实现油膜较快地完全蒸发, 首先要有足够高的壁面温度; 提高升温速率和减小油膜厚度将缩短油膜蒸发时间; 强烈的气流运动对加快油膜蒸发非常重要. 加热速率为100℃/min时所得的结果, 对研究柴油机冷起动和暖机工况下的油膜蒸发很有参考价值; 在快速蒸发过程中, 分子间强烈的相互作用使多组分互溶性混合物的蒸发并不严格按照各组分的沸点从低到高依次进行, 高沸点组分会在未达到其沸点之前就已挥发; 对0#柴油, 若壁面温度达到250℃, 着壁油膜即能充分蒸发.     

日照边缘区电离层对2003年10月28日大耀斑的响应

利用国际GPS服务中心(IGS)的GPS观测数据, 分析了2003年10月28日特大耀斑期间日照边缘区域的电离层总电子含量(TEC)的响应特点. 计算结果表明, 这是有相关记录以来最强烈的一次电离层总电子含量突增事件, 在地面太阳天顶角80°到110°的空间范围内, 观测到了明显的由耀斑辐射引起的总电子含量突增. 在太阳天顶角90°区域的TEC增加值大约为7 TECU, 在110度附近的总电子含量的增加值大约在1~2 TECU. 总的来看, 太阳天顶角越大, TEC增幅越小, 但在天顶角大于90°的区域TEC随天顶角的减少的速度要大于天顶角90°以内的区域.     

基本颗粒构成的粗糙表面二向性反射——相互遮蔽效应的几何光学模型

当前从遥感图像上借以识别地物的仍然是它的波谱特征。仅仅凭借这一特征,还不能充分利用遥感图象所包含的信息。从经验中知道,物体的阴影对于识别其三维结构有非常重要的作用,尤其在不同的入照和观测方向上,从观察到的阴影变化可以推断出物体的三维结构特征。本文着重讨论构成粗糙表面的基本颗粒之间相互遮蔽对二向性反射的影响。1 二向性反射分布函数(BRDF)及其几何-光学模型地面物体的反射是个非常复杂的物理现像,它是入射光天顶角θ_i和方位角φ_i,观测的天     

神奇的红外世界

红外线是介于可见光红端与微波之间的电磁辐射,其波长范围从0.75微米至1000微米,为人眼不可见光线部分。自从1800年英国天文学家威·赫谢耳(W.Herschel)在研究太阳光谱的热效应时发现以来,它在信息技术与通讯、保健与生命科学、国防与太空、科研与教育等领域中发挥出越来越重要的作用。根据红外辐射在地球大气层中传输特性的不同,可分为近红外(波长范围0.75～3微米)、中红外(波长范围3～6微米)、远红外(波长范围6～15微米)、极远红外(波长范围15～1000微米)四个波段。I.近红外波段近红外波段在通讯、药物检测、资源探测等领域存在大量应用…     

外围全氟取代的1, 3, 5-三苯乙烯基苯: 真空沉积膜的表面形貌与疏水性能

报道了全反式-1, 3, 5-三(2′, 3′, 4′, 5′, 6′-五氟苯乙烯基)-苯(TPFSB)的合成及其真空沉积膜的性能. 原子力显微镜(AFM)观测发现, 真空沉积在石英衬底上的TPFSB薄膜的表面形貌依赖于薄膜厚度, 厚度小于30 nm时, 薄膜呈现孤岛状生长模式; 当厚度大于30 nm时, 衬底表面大部分被覆盖, 表面形貌呈现微纳米镶嵌的等级结构. 当薄膜厚度从40 nm增大到100 nm, 衬底温度从30℃升高到70℃时, 这种等级结构保持不变, 表现出良好的形态稳定性. 在50 nm厚的薄膜表面, 10 mg水滴的接触角为149°, 证明薄膜具有优良的疏水性能.     

八顶角反射方程的解及其杨-巴斯特化

Cherednik研究半线(Half-line)上的因子散射时首次引入了反射方程以描述端点上的反射行为.最近发现它们在量子流代数和具有非周期边界条件的可积模型中也起重要作用.Kulish等曾讨论了无谱参数的反射方程的性质、代数结构和常数解.但怎样由这种常数解得到具有谱参数的反射方程的解,即所谓的反射方程的杨-巴斯特化,仍没有解决.本文将讨论八顶角模型的反射方程的解(代数解和常数解)及其杨-巴斯特化.其杨-巴斯特化方法可推广到任意有两个不同本征值的(?)的情况.     

亚波长缓变折射率结构热辐射光谱特性

从电磁场理论出发,运用时域有限差分方法研究亚波长缓变折射率结构的热辐射光谱特性,计算了阶梯结构、圆锥和金字塔3种结构表面的光谱特性,分析了结构形貌、特征参数对光谱特性的影响,研究结果表明,在空气和基底表面形成缓变折射率结构,大幅度降低了界面反射.通过调节结构形貌和特征参数能够有效调控亚波长结构表面的热辐射光谱特性,另外,讨论入射角度对阶梯结构光谱特性的影响,当角度由0°增加到30°时,阶梯结构表面平均反射率保持在5%以下,呈现较好的宽角度减反特性.     

四硼酸钾晶体透光光谱的研究

四硼酸钾(分子式:K_2B_4O_7·4H_2O,简称KB_4)晶体系属正交晶系,空间群为P_(2_12_12_1),晶胞参数为,a=11.774,b=12.899,c=6.859,密度为d=1.919g/cm~3,该晶体的透光波段为178—2000nm,是一种优良的紫外倍频材料和窗口材料。 采用日立340型分光光谱仪测定其透光光谱时,我们发现,该晶体的(101)和(011)面的透光曲线在800—200nm波段范围内不是     

快速融冰背景下北冰洋夏季表层海水CO_2分压的变异假设

近几年来,夏季北冰洋融冰出现明显加快的态势.融冰过程引起了表层海水CO_2浓度的变化,在2008年中国国家北极科学考察(CHINARE)航次通过深入到88°N的北冰洋中心区的170°W断面观测,发现表层海水中CO_2在冰覆盖下,融冰区和融冰后开阔水域等不同状况下出现了明显的变异性.针对所观测到的表层海水二氧化碳分压(pCO_2)变异性现象,我们提出了北冰洋快速融冰情景下的表层海水pCO_2变异的"低-低-高"假设,即海冰覆盖下的海水是"低"p CO_2,刚融冰的海水是"低"pCO_2,而融冰后的开阔海水会出现"高"pCO_2.出现这种"低-低-高"pCO_2变异现象是由不同驱动过程引起的.冰覆盖下海水低pCO_2,控制因素可能是水体受到不同水团的混合过程、温度变化、冰-水CO_2交换和生物冰藻微吸收CO_2过程控制,其主要诱因还需要进一步探索;现场观测表明刚融冰时海水的低pCO_2主控因素可能是生物的CO_2吸收,以及CaCO3溶解共同作用;而融冰后开阔海水的高CO_2已被论证为由于大气中CO_2快速进入海水和水体增温引起的.