近日，中國科學院合肥物質(zhì)院安光所光學遙感中心遙感信息表征技術研究室在金星云和霾的微物理特性表征與反演能力評估方面取得新進展。相關成果以《基于 SPICAV IR 和 Venspec-H 儀器偏振波段的金星云和霾信息量分析》為題發(fā)表在國際知名行星科學期刊ICARUS上。

金星厚重的云和霾層是研究金星能量平衡和大氣環(huán)流的重要對象。如何通過強度和偏振觀測精確反演云和霾粒子的半徑、濃度和折射率等微物理參數(shù)，是當前金星探測任務和未來載荷設計的關鍵科學問題。

為此，研究團隊基于 PyMieDAP 矢量輻射傳輸模型，構建了分層金星云和霾的大氣結構，并設計多種觀測情景，通過微擾法計算雅可比矩陣，定量評估強度與偏振觀測對不同高度、不同波長下氣溶膠參數(shù)的敏感性。結果表明：強度觀測對金星下層云的微物理參數(shù)（如粒子有效半徑、柱密度）更為敏感；而在小相位角條件下，偏振觀測主要受單次散射主導，對上層云和霾粒子特性更加敏感，有利于約束其粒徑和折射率。

在此基礎上，團隊引入“信號自由度”（Degrees of Freedom for Signal, DFS）指標，對不同觀測模式和幾何條件下的反演信息量進行系統(tǒng)評估。研究發(fā)現(xiàn)：由單一強度觀測擴展為強度–偏振聯(lián)合觀測后，整體 DFS 提升約 3，表明加入偏振觀測可額外反演多項關鍵云和霾參數(shù)；在聯(lián)合觀測模式中進一步引入 VenSpec-H 儀器的近紅外波段后，上層云參數(shù)及折射率實部對應的 DFS 繼續(xù)增加，顯示納入VenSpec-H 儀器的潛在偏振波段可提升上層云參數(shù)和折射率的反演精度。此外，不同云層參數(shù)對應的最佳觀測幾何（相位角范圍）并不相同，為未來任務觀測幾何的優(yōu)化選擇提供了量化依據(jù)。

研究還系統(tǒng)分析了光譜波段和儀器誤差對 DFS 的影響。結果顯示，應在 650 nm 至 2.5 μm 多個氣溶膠窗口波段合理配置強度與偏振通道，并在聯(lián)合觀測模式下保持較高的偏振度和輻亮度觀測精度，以顯著降低反演不確定性。該工作從信息量角度給出了波段配置、觀測幾何與精度指標之間的權衡關系，為未來金星探測任務中偏振成像儀與近紅外光譜儀的設計提供重要參考。此外，該研究為深入理解金星云和霾的垂直結構和微物理特性、優(yōu)化行星大氣遙感載荷方案提供了新思路，也為太陽系其他類地行星大氣的偏振遙感研究提供了有益借鑒。

博士研究生李宜奇為論文第一作者，孫曉兵研究員為論文通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.icarus.2025.116905

金星云和霾分層建模示意圖

在觀測場景 S1–S4 下，各參數(shù)的平均 DFS 與波長 (650 nm–2460 nm) 的關系