近日，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探測技術(shù)方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《無人機(jī)載腔增強(qiáng)反照率光譜儀：一個同時原位測量氣溶膠光散射和光吸收垂直廓線的強(qiáng)大工具》為題發(fā)表于美國光學(xué)學(xué)會（OSA）出版的Optics Express（SCI二區(qū)，IF=3.833，光學(xué)類Top期刊）上。

氣溶膠單次散射反照率（SSA，散射系數(shù)與消光系數(shù)之比）是輻射強(qiáng)迫計算中關(guān)鍵的輸入?yún)?shù)。測量SSA的垂直廓線，對于氣溶膠輻射效應(yīng)的準(zhǔn)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垂直廓線直接觀測數(shù)據(jù)十分有限且誤差較大，亟需發(fā)展可用于準(zhǔn)確探測SSA垂直廓線的裝置。

團(tuán)隊趙衛(wèi)雄研究員等人2014年將寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)與積分球相結(jié)合，研制了國際上首臺腔增強(qiáng)反照率光譜儀，實現(xiàn)了氣溶膠消光、散射和吸收系數(shù)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(qiáng)反照率光譜測量系統(tǒng)（Optics Express, 26(25), 33484-33500, 2018）和吸濕性腔增強(qiáng)反照率光譜儀（Atmospheric Measurement Techniques, 13(5), 2623-2634, 2020），實現(xiàn)了氣溶膠多光學(xué)參數(shù)的光譜特性和吸濕增長特性測量。

本研究在已有工作基礎(chǔ)上，針對氣溶膠單次散射反照率垂直廓線測量，采用新型籠式同軸一體化的光腔結(jié)構(gòu)（圖1）和高精度溫控電流源系統(tǒng)，解決了飛行過程中振動和溫度變化帶來的影響，結(jié)合獨立的供氣和供電方式，研制了無人機(jī)載腔增強(qiáng)反照率光譜儀（圖2，Optics Express, 31(12), 20518-20529, 2023），首次實現(xiàn)了SSA垂直廓線的原位測量（圖3）。
系統(tǒng)包含一架六旋翼油動無人機(jī)（載重40kg，續(xù)航超1小時）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(tǒng)已成功應(yīng)用于2020-2021年壽縣國家氣候觀象臺氣溶膠光學(xué)特性垂直綜合觀測實驗，可為氣溶膠與邊界層相互作用、大氣復(fù)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(zhǔn)確的觀測數(shù)據(jù)。
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、及合肥物質(zhì)科學(xué)研究院院長基金資助。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1364/OE.493696

圖1. 無人機(jī)載腔增強(qiáng)反照率光譜儀籠式一體化光腔結(jié)構(gòu)示意圖

圖2. 無人機(jī)載腔增強(qiáng)反照率光譜儀實物圖

圖3. 無人機(jī)載腔增強(qiáng)反照率光譜儀應(yīng)用于多光學(xué)參數(shù)垂直廓線測量示例