小型分光放射計が高分解能の大気水蒸気プロファイリングを実現 (Miniaturized Spectroradiometer Achieves High-Resolution Atmospheric Water Vapor Profiling)

2026-06-03 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院のZHAO Weixiong教授らの研究チームは、Virtually Imaged Phased Array(VIPA)を用いた小型分光放射計を開発し、大気中の水蒸気鉛直分布(高度ごとの水蒸気濃度)の取得に初めて応用した。大気成分の鉛直プロファイルは、水蒸気や微量気体の高度別分布を示す重要な情報であり、大気プロセスや環境変動の理解に不可欠である。本研究で開発された装置は、145 cm⁻¹の広い波数範囲(7535~7680 cm⁻¹)にわたり、0.023 cm⁻¹という高い分光分解能を実現しながら、約40×28×12cm、重量約8.5kgの小型化を達成した。研究チームはこの装置を用いて高分解能の大気透過スペクトルを取得し、特定の吸収帯と最適推定法を組み合わせることで、水蒸気の鉛直分布を高精度に推定した。これにより、下層から上層大気までの水蒸気分布を層状に可視化できることが示された。本成果は、高精度な大気観測の実現に加え、低コストで分散型の大気観測ネットワーク構築への応用可能性を示している。

小型分光放射計が高分解能の大気水蒸気プロファイリングを実現 (Miniaturized Spectroradiometer Achieves High-Resolution Atmospheric Water Vapor Profiling)
Schematic diagram of the water vapor profile measurement experiment using a VIPA spectrometer (Image by TANG Tu)

<関連情報>

仮想イメージング位相アレイに基づく広帯域高解像度分光放射計 Broadband high-resolution spectroradiometer based on a virtually imaged phased array

Guojun Qiu, Weixiong Zhao, Tu Tan, Jun Li, Junjie Wang, Weidong Chen, and Weijun Zhang
Optics Letters  Published: May 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1364/OL.599687

Abstract

A novel broadband, high-resolution spectroradiometer based on a virtually imaged phased array (VIPA) has been developed to meet the stringent requirements for high-precision vertical profiles of key atmospheric constituents. The instrument operates within the spectral range of 7535–7680 cm−1, achieving a spectral resolution of 0.023 cm−1 (690 MHz) with an integration time as short as 400 ms. Using this system, high-resolution atmospheric transmittance spectra in the 7535–7680 cm−1 band were successfully measured, and the vertical profile of water vapor was retrieved using the optimal estimation method (OEM). The results demonstrate that the novel VIPA-based spectroradiometer enables rapid acquisition of high-resolution atmospheric transmittance spectra over a broad spectral range, providing a robust and effective new approach for remote sensing of key atmospheric constituents. To the best of our knowledge, this represents the first successful application of a VIPA-based spectroradiometer for retrieving vertical profiles of atmospheric constituents.

1902環境測定
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