【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所基礎(chǔ)科學(xué)中心團(tuán)隊(duì)在寬帶高分辨率太陽光譜遙感探測技術(shù)研究方面取得進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)研制了一種基于虛像相位陣列(VIPA)的寬帶高分辨率光譜輻射計(jì)，并首次將其應(yīng)用于大氣水汽垂直廓線反演。相關(guān)成果以《基于虛像相位陣列的寬帶高分辨率光譜輻射計(jì)》(Broadband high-resolution spectroradiometer based on a virtually imaged phased array)為題發(fā)表在Optics Letters上。
 

　　大氣關(guān)鍵成分垂直廓線是指氧氣(O?)、氮?dú)?N?)、水汽(H?O)、臭氧(O?)、二氧化碳(CO?)及微量痕量氣體(如CH?、NO?等)隨高度的分布特征，通常涵蓋地表至平流層甚至更高(0–100 km)，其結(jié)構(gòu)受物理過程、化學(xué)反應(yīng)和輸送機(jī)制共同控制。‌‌大氣關(guān)鍵成分垂直廓線的準(zhǔn)確獲取，對大氣物理化學(xué)研究、環(huán)境與氣候變化評估等具有重要意義。地基高分辨率傅里葉變換光譜儀具有較高測量精度，但通常體積大、成本高，限制了其在多站點(diǎn)觀測網(wǎng)絡(luò)中的推廣應(yīng)用。現(xiàn)有便攜式太陽光譜儀雖具有部署靈活的優(yōu)勢，但往往難以同時(shí)兼顧寬光譜覆蓋和高光譜分辨率，制約了大氣成分垂直廓線的高精度反演。
 

　　團(tuán)隊(duì)基于新型的VIPA光譜儀，結(jié)合太陽跟蹤器研發(fā)了一種新型的太陽光譜輻射計(jì)。該系統(tǒng)在7535–7680 cm?¹波段實(shí)現(xiàn)了145 cm?¹的瞬時(shí)光譜覆蓋，光譜分辨率為0.023 cm?¹，既能大范圍采集光譜數(shù)據(jù)，又能保證檢測結(jié)果足夠精細(xì)。核心部件VIPA光譜儀整體尺寸僅約為40 cm × 28 cm × 12 cm，質(zhì)量約8.5 kg，體積小重量輕，還兼具光譜檢測波段范圍廣、光譜檢測精度高、快速響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)，成功采集了高分辨率大氣透過率光譜，并選取7618.6–7619.5 cm?¹水汽吸收窗口，結(jié)合最優(yōu)估計(jì)算法順利實(shí)現(xiàn)了水汽垂直廓線反演，得出大氣中水汽從低空到高空不同高度層含量分布數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了該系統(tǒng)用于大氣成分垂直廓線定量反演的可行性。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果充分證明，這款小型化新型太陽光譜輻射計(jì)，可以滿足大氣不同高度各類成分含量的精準(zhǔn)定量檢測需求，具備可靠的實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用價(jià)值。
 

　　上述研究成果為關(guān)鍵大氣成分的快速、高分辨率、寬光譜遙感探測提供了新的技術(shù)途徑，并有望為低成本、輕量化、多站點(diǎn)大氣觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供重要支撐。
 

　　碩士研究生邱國俊為論文第一作者，趙衛(wèi)雄研究員、談圖副研究員為論文通訊作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金、 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院院長基金和安徽省自然科學(xué)基金等的支持。
 

　　引用：科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在寬帶高分辨率大氣水汽垂直廓線探測方面取得進(jìn)展 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所【引用時(shí)間：2026年6月1日】