基于DOAS技术的气溶胶粒谱分布反演方法研究

在获取宽谱段的消光 系数 的基础上 ， 利用米散射原理可 以解析 出气溶胶粒谱 分布 。本文介绍 了利用闪烁 Ｉ ） Ｘ ＡＳ系统 监测大气气溶胶粒谱 分布 的方法 ， 重点阐述 了基于蒙特卡罗 方法 的粒谱 分布 反演 算 法，通 过 与 Ｐ ０ Ｍ１ 、能见度 及 Ａｎ — ｇ ｓｒｍ 波 长指 数 的对 比证 实 了本 方 法 的 可 行 性 。 ｔ ｏ
２ ．千叶大学环境与遥感 中心 ．日本 千叶县 ，２ ３８ ２ ６—５ ２
摘
要
大气气溶胶不仅 对全球的气候变化产生重大影 响，其本身 也是一种污染物 ．另外它在 许多污染气
体 的化学反应中起重要作用 。因此 ，实时监测大气气溶胶已成为环境领域的重要研究方 向。 差分吸收光谱技
术 是 一 种 基 于 痕 量 气 体“ 纹 ” 性 反 演 其浓 度 的光 学 遥 感 方法 ， 时 该 方 法 也可 用 于 大 气 气 溶 胶 消 光 系 数 指 特 同
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光谱学与光谱分析
第 ２ 卷 ８
本实验 中采用离千叶大学 ５ ５ｋ 处安装在 垃圾焚烧 炉 ． ｍ 烟囱上高度为 １０１ 处的氙灯作为光源 ， ３ Ｉ Ｔ 在这一高度安 装了
４ 盏功率为 ３ ０Ｗ ， ０ 水平角 度为 １０的氙灯 。这些航 空 防撞 ２。
１ 实 验 系 统
在 以前 的文章 中对实验系统进行 了较为详细 的介 绍， 在这里只做 简单 的介绍 。图 １ 是实验装 置图 。 采用海洋 公司 的 ＵＳ ２ ０ 为 探 测 器 ， 收 装 置 安 装 在 千 叶 大 学 遥 感 中 Ｂ ００作 接
心 的 ９楼 ， 度 位 ３ 高 ４ｍ。
如硝 酸 基 仅 能 通过 Ｄ ＯＡＳ 术 测 量 ，同时 这 项 技 术 还 具 有检 技
测未知大气物质的特性 。
Ｄ Ｓ方法就是用 高压氙灯作为光源 ，经过长距离的传 ＯＡ
输后 ，由望远镜接收 。在 以前 的文章 中 ＿ ．我 们介绍 了一 ＿ ７ 种基于航 空防撞 灯 （ 闪烁氙灯 ） Ｄ ＡＳ系统并成 功 的利用 的 Ｏ 该系统反演 出大气 中的 Ｎ 浓度及气溶胶消光系数 的信息 。 实验中利用工作在 日本 千叶大学 （ 于 日本千 叶县 ，东京南 位 部， 濒临东京湾） 的闪烁 Ｄ ＯＡＳ系统测量大 气气溶胶 消光 系
数 ， 用 大 气 能 见度 对 仪 器 进 行 校 正 ，获取 ３ ０ ６０ｎｎ范 采 ５ ５ ｒ
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中 图分 类 号 ： ４ ３４ ０ ３ ．
引 言
差分吸收光谱 （ Ａ ） 术 自 Ｐａｔ 等首次测 量大气 Ｉ Ｓ技 Ｘ） ｌｔ ［ 痕量气体 以来 ，已成功地应用于对 流层 和平 流层 痕量气体的
测 量 ， 一 种 研 究 大 气 痕 量气 体 的有 力 手段 。 ） 是 Ｘ Ｉ ＡＳ技 术 能 够 观 测 在 紫 外 和 可 见 谱 段 有 特 征 吸 收 的 许 多 分 子 ，如 ： Ｎ ， ０， ０２ Ｎ ＮＨ。 Ｃ ０， ０，０ ，Ｓ ２ ，ＨＣ 和 芳 香 烃 ， １ １ ３ Ｏ ，Ｃ Ｏ 有 机 物 。 ＡＳ技术 有 许 多 重 要 的 优 势 ，首 先 ，是 上 面 提 到 ＤＯ
大 气 化 学 的 研 究 有 着重 要 的意 义 。
关键词
气溶胶 ； 差分吸收光谱 ； 粒谱分布 ；反演算法
文献 标 识 码 ： Ａ １ １ ０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ —５ ３２ ０ ）０２ １—４ ７ ：１． ９４ ｊｉｓ．０ ００ ９ （０８ １—４ ７０ １ ０ 围 内 的 消光 系 数 。
第２ 卷 ， １ 期 ８ 第 Ｏ
２ ０８年 １ ０ ０月
光
谱
学
与光Βιβλιοθήκη 谱分析 Ｖ １ ８Ｎ ．０ｐ２１—４０ ｏ． ． ｏ１ 。ｐ４ ７ ２ ２ ２
Ｏｃ ｏ ｅ ，２ ０ ｔｂ ｒ ０ ８
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓｏ ｙ ａ ｄＳ ｅｔａ ａｙ ｉ
的可以利用一台仪器观测多种物质 ， 这点在确定 多种 物质 的 化学耦 合 及 野 外实 验 等 方 面有 很 大 的优 势 ；其 次 ，因 为 Ｄ ＡＳ技术使用实验测定 的标准截面做参考 ，无需使用标 准 Ｏ 气体进行校准 ； 第三 ， 大气成分在几百到几千米 长的范 围内 被测量 ，与点式仪器相 比结果更 具普遍性 。最后 ，有些物质
基于 Ｄ ＯＡＳ技 术 的 气 溶 胶 粒 谱 分 布 反 演 方 法 研 究
司福 祺 谢 品华 ， ，刘建 国 ，张 玉 钧 ，刘 文 清 ，久世 宏 日。 月 ，竹 内延 夫。
Ｉ ．中国科学院环境光学与技术重点实验室 ， 中国科学院安徽光学精密机械研究所 ． 安徽 合肥 ２０３ ３０１
收稿 日期 ： ０ ７０ —０ 修 订 日期 ：２ ０ －８２ ２ ０ —５１ ． ０ ７０ —Ｏ
基金项 目：国家高技术研究发展计划“６ ” 目（ ０ ６ ＡＯ Ａ３ ３ ２ ０ ＡＡ１Ｚ１９ 资助 ８ ３项 ２０Ａ ６ ０ ， ０７ ２ ０） 作者简ｆ ：司福祺 ，１７ ｒ ９ ７年生．中国科学院安徽光学精密机械研究所助理研究员 ｅｍａｌ ｉ ｑ＠ａ ｆ ａ．ｎ － ｉ ｆ ｉ ｉ ｍ． ｃｃ ：ｓｕ ｏ
的测量 。文章介绍 了利用闪烁 差分 吸收光谱系统监测大气 气溶胶粒谱 分布的方法 ，重点 阐述 了基于蒙特卡 罗方法的粒谱分布反演算法 ， 监测结果通过与 Ｐ ０ 能见度 及 Ａｎ ｓ ｏ Ｍ１ 、 ｇ ｔ ｍ波 长指 数的对比证实 了该方法 的 ｒ 可行性 ，为近地面大气气溶胶监测提供 了新的手段 ， 同时也扩展 了差分吸收光谱技术 的应用范围 ， 该方法对