利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO2
基于MAX-DOAS观测的鹤山地区对流层甲醛廓线反演研究
基于MAX-DOAS观测的鹤山地区对流层甲醛廓线反演研究钱园园;罗宇涵;周海金;窦科;常振;杨太平;奚亮;汤付颖;徐自强;司福祺【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2024(44)6【摘要】甲醛(HCHO)是大气中一种十分重要的痕量气体,它不仅与人类健康和环境密切相关,还在对流层光化学反应中扮演着极其重要的角色。
近年来,我国珠三角地区的秋季对流层臭氧及甲醛污染问题较为严重,而对流层甲醛也是分析边界层臭氧形成机理的关键性指标之一,因此,在珠三角地区开展甲醛观测实验具有十分重要的意义。
利用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演了鹤山超级站2019年9月20日至10月3日期间的氧气二聚体(O_(4))与HCHO的差分斜柱浓度(DSCD),使用几何近似法得到了甲醛的大气质量因子(AMF),进而获得了对流层甲醛的垂直柱浓度(VCD)。
结果显示,观测期间的对流层甲醛VCD在4.99×10^(13)~6.48×10^(16)molec·cm^(-2)之间波动,平均值为2.18×10^(16)molec·cm^(-2)。
将MAX-DOAS反演的对流层甲醛VCD与TROPOMI结果进行了对比,结果表明,MAX-DOAS与TROPOMI结果近乎一致,相关性系数R为0.80,但9月25日与28日的TROPOMI结果偏低了约25%,这可能是由于观测方式不同所导致的。
此外,该研究还基于反演的O_(4)与甲醛DSCD,使用基于最优估计算法的海德堡大学廓线反演算法(HEIPRO)反演了观测期间的对流层气溶胶及甲醛廓线,结果表明,甲醛污染主要集中在近地面0~800 m内,观测期间的甲醛污染主要来源于当地的工业及机动车尾气排放。
将MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果与2,4-二硝基苯肼色谱技术测量结果进行了对比,结果表明,两种技术的近地面甲醛结果的一致性较高,均观测到了9月27至29日的近地面甲醛高值(峰值达到了14.31μg·m^(-3)),且相关性系数R为0.88,斜率为0.98,验证了MAX-DOAS技术反演的近地面甲醛结果的可靠性。
荧光微丝
荧光微丝显示技术测量对流层空气流场一、试验设计原理1 、荧光微丝是一种含有荧光物质的尼龙丝或涤纶丝，在紫外光（波长为3370~3650 ）照射下，能产生明显的可见荧光。
这样，本来细到难以识辨的微丝现在变成了很亮的可见“光”线。
其“光”线直径与原来的物理直径相比明显的增加了，因此便于观察与照相记录。
由于微丝内含有不同的荧光物质，所以它可以显示出不同的颜色，例如蓝色、黄绿色、绿色等。
微丝本身的尺度很小，其直径约为0.01~0.02毫米，重量极轻，一根1米长的微丝仅重0.05毫克，所以它可以像空气中的尘埃一样飘浮在空气中，跟随其流运动以此显示其流的绕流形态。
由于荧光与其它可见光（日光、灯光）相比，他的亮度是较弱的，因此为了便于观察和照相记录，要求实验是具有比较黑暗的实验条件。
例如在白天实验时，可以拉上黑色窗帘。
当进行观察或摄影时，其背景应呈现黑色，因此通常模型要涂以无光黑漆。
2 、对流层是地球大气层靠近地面的一层。
它同时是地球大气层里密度最高的一层，它蕴含了大气层约75%的质量，以及几乎所有的水蒸气及气溶胶。
在对流层内，按气流和天气现象分布的特点又可分为下层、中层和上层。
二试验设计方案1、丝线的制成常规丝线法的丝线较粗、对气流干扰较大，一定程度上影响试验结果的准确度和可靠性。
荧光微丝显示技术的丝线直径要足够小但又不能影响视觉观察和拍摄效果，这就对丝线的尺寸和荧光性提出了较高要求。
同时丝线要尽量柔软，才能对气流有较好的跟随性，能较真实反映流场气流流动。
参照文献[3, 4]选择直径及材质较适宜的丝线，如表 1所示。
通过反复对比各种颜色荧光粉的观察和拍摄效果，认为黄绿色荧光粉发出的荧光效果较好，因此选择黄绿色荧光粉将表 1所示的丝线制成荧光微丝。
表 1 多种类型荧光微丝的直径及材质Table 1 The diameters and materials of various fluorescent mini-tufts 丝线编号S1-1 S1-2 S2-1 S2-2 S3-1 S3-2 S4-1 S4-2直径/mm 0.24 0.24 0.15 0.15 0.10 0.10 0.04 0.04材质棉涤纶棉涤纶棉涤纶棉涤纶2、丝线的粘贴粘贴前要对荧光微丝进行一些必要的处理：利用柔软剂对丝线进行柔化处理，进一步增强丝线的柔软度，并能使丝线表面变得更加顺滑，减少出现抽丝及相邻丝线相互缠绕的情况；通过抗静电处理，防止试验中丝线与气流摩擦时产生静电，避免丝线相互吸附或吸附于模型表面。
大气NO2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用
ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ａｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ） 遥 感 技 术ｌ ７ ］ ， 它 通过 从 不 同视 角测 量 散 射 的太 阳光来 反 演
气 候 变 化 ］ 。在 近 地 面 ， ＮＯ 本 身 就 是 一 种 污 染
李 蔚 马 建 中 郭军让
（ 中 国气 象 科 学 研 究 院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘 要 介 绍 了 以 太 阳散 射 光 为光 源 的 多轴 差 分 吸 收光 谱 技 术 （ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ － Ａｘ ｉ ｓ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ — ｃ ｏ ｐ ｙ ， 简 称 ＭＡＸ Ｄ ＯＡ Ｓ ） ， 以及 ＭＡＸ — Ｄ ＯＡ Ｓ仪 器 试 验 应 用 。试 验 中选 取 中午 仪 器 测 量 的 天 顶 散射 光 光 谱 为 参 考 光 谱即 Ｆ ｒ ａ ｕ ｎ ｈ ｏ ｆ ｅ ｒ 参考光谱 ， 并将测量光谱进行消噪 、 波长校 准以及去 除 Ｆ ｒ ａ ｕ ｎ ｈ ｏ ｆ ｅ ｒ 结 构 处 理 。利 用 分 子 吸 收 光 学 厚度和 Ｒ ｉ ｎ ｇ效 应 光 学 厚 度 对处 理后 的测 量光 谱 进 行 最 小 二 乘 法 拟 合 ， 反演出了大气 Ｎ Ｏ。 差分斜柱 浓度（ Ｄｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ — ｔ ｉ ａ ｌ Ｓ ｌ ａ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｎ Ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ， 简称 Ｄ Ｓ Ｃ Ｄ） 。分 析 了 天 津 武 清 ＮＯ 。的 差 分 斜柱 浓度 反演 结 果 ， 用 简单 快捷 的几 何 法 将
上甸子区域大气本底站NO2柱浓度光谱反演及其变化特征
上甸子区域大气本底站NO2柱浓度光谱反演及其变化特征程巳阳;马建中;周怀刚;靳军莉;刘岩;董璠;周礼岩;颜鹏【摘要】为了探究京津冀本底浓度地区NO2这一重要空气污染物的变化特征,采用多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)在上甸子区域大气本底站开展了太阳散射光谱观测以及NO2柱浓度反演研究.在NO2的405～430nm特征谱段进行了定量光谱解析,并通过几何近似法计算了2009年7～9月NO2对流层垂直柱浓度(VCDtrop).观测期间NO2 VCDtrop平均值和最大值分别为5.43×1015和7.15×1016 molec·cm-2.NO2VCDtrop日均值浓度水平较低,但总体上有上升趋势.NO2 VCDtrop变化过程与风速风向关系密切:西南风时风速越小NO2 VCDtrop越低,东北风对NO2 VCDtrop有扩散稀释作用.NO2 VCDtrop日变化形态总体上呈现为中午时段低、早晚较高的特征,并且傍晚峰值比早间峰值略高.上甸子站NO2 VCDtrop浓度水平和日变化幅度相比北京城区同期观测结果明显偏小.NO2 VCDtrop变化特征与河北香河和固城等污染相对较轻站点观测到的变化特征相一致.总之,MAX-DOAS能够有效监测区域本底大气的NO2 VCDtrop,其变化特征与工业和交通排放、大气光化学过程、大气传输等复杂因素有关,还需积累更多数据和深入研究.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2018(038)011【总页数】6页(P3470-3475)【关键词】多轴差分吸收光谱技术;二氧化氮;柱浓度;区域大气本底站【作者】程巳阳;马建中;周怀刚;靳军莉;刘岩;董璠;周礼岩;颜鹏【作者单位】灾害天气国家重点实验室和中国气象局大气化学重点开放实验室,中国气象科学研究院,北京100081;灾害天气国家重点实验室和中国气象局大气化学重点开放实验室,中国气象科学研究院,北京100081;北京市气象局上甸子区域大气本底站,北京101507;中国气象局气象探测中心,北京 100081;新疆师范大学地理科学与旅游学院,新疆乌鲁木齐830054;北京市气象局上甸子区域大气本底站,北京101507;北京市气象局上甸子区域大气本底站,北京101507;灾害天气国家重点实验室和中国气象局大气化学重点开放实验室,中国气象科学研究院,北京100081;中国气象局气象探测中心,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】O433.4引言二氧化氮(NO2)作为大气中一种重要的污染气体，是对流层臭氧及其他光化学二次污染物的重要前体物，是大气污染防控的重点对象之一[1]。
差分吸收光谱方法反演大气环境单环芳香烃有机物
差分吸收光谱方法反演大气环境单环芳香烃有机物谢品华;付强;刘建国;刘文清;秦敏;李昂;刘世胜;魏庆农【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2006(26)9【摘要】差分吸收光谱技术(differential optical absorption spectroscopy,DOAS)是利用气体分子在紫外-可见光谱范围的特征吸收来测量其浓度含量,如SO2,NO2,O3等.由于大气环境中的芳香烃有机物含量较低,并且其在紫外的特征吸收光谱与O2和O3分子的吸收谱相互重叠,交叉干扰,使得对芳香烃有机物的测量比较困难.文章利用自制的差分吸收光谱系统,采用与实际测量光程接近、经过插值的氧气分子吸收柱密度作为氧气分子吸收的参考光谱,通过最小二乘拟合去除其干扰,另外采用不同温度下的O3吸收截面作为参考光谱修正O3的温度效应,测量了大气环境中的苯、甲苯、二甲苯和苯酚,表明差分吸收光谱方法能满足大气环境中单环芳香烃的测量.【总页数】5页(P1584-1588)【作者】谢品华;付强;刘建国;刘文清;秦敏;李昂;刘世胜;魏庆农【作者单位】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,230031;中国环境监测总站,北京,100029;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,230031;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,230031;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,230031;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,230031;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,230031;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,230031【正文语种】中文【中图分类】O657.3;O433.5【相关文献】1.差分吸收光谱法对大气中挥发性有机物光化学作用指示剂的监测与反演 [J], 彭夫敏;谢品华;邵士勇;李玉金;林艺辉;李素文;秦敏;刘文清2.差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的应用 [J], 王洋3.差分吸收光谱反演方法在环境监测系统中的研究 [J], 冉海林4.高分五号卫星大气痕量气体差分吸收光谱仪臭氧总量反演方法研究 [J], 闫欢欢;王维和;张兴赢5.基于便携式差分吸收光谱系统的单环芳香烃测量研究 [J], 刘文彬;谢品华;秦敏;司福祺;徐晋;李昂;章勇;刘宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
差分吸收光谱法同时测量SO2,NO2及颗粒物浓度的模拟
差分吸收光谱法同时测量SO2,NO2及颗粒物浓度的模拟邹捷书;王飞;严建华;岑可法【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2016(036)012【摘要】Our daily life is disturbed seriously by the haze weather now.It is very important to measure the haze composition quantificationally.The main composition of haze is SO2 ,NO2 and particles.At present,the research of measuring gas and parti-cle simultaneously is rare relatively.This paper use differential optical absorption spectroscopy (DOAS)to simulate the concen-tration measurement of gas and particle simultaneously and obtain some meaningful results.Absorption spectral of many groups of different concentration of SO2 ,NO2 and particle were simulated,and each concentration was inverted by DOAS.In the first group of single component,the concentration change from 100 to 1 000 ppm,the inverted error of SO2 is not greater than 0.17%,and which is 0.64% for NO2 .When the diameter of particle change from 100 to 500 nm,the inverted error is not grea-ter than 2.08%.In the second group of multiple gases,when the concentration ratio of SO2 and NO2 is at the range of 1∶10 and 5∶1,the error of SO2 is not bigger than 8%,and 5% forNO2 ,relatively.But when the concentration of SO2 is 10 times thanNO2 ,the error is higher than 10% for NO2 .In the third group of gas and particle,the error of gas concentration is lower than 10%,but theconcentration error of particle is depended on signal to noise ratio (SNR)greatly.When SNR is higher than 40 dB,error can lower than 10% and when SNR is lower than 30dB,the error is bigger than 20%.From these results,we can see that DOAS can measurement SO2 ,NO2 and particles simultaneously effectively,and can applied to measure and analyze haze composition.However,when the absorption strength of the gases is different greatly,the strong absorption gas influent the weak absorption gas largely.And the SNR is lower,the error of inverted particle concentration increased greatly.The solution of these problems need better filtering and noise reduction method.%雾霾天气已经影响到了人们的日常生活,对雾霾成分进行测量非常重要,雾霾的主要构成成分为SO2和 NO2及颗粒物。
用DOAS法测量厦门地区大气中NO2的浓度
用DOAS法测量厦门地区大气中NO2的浓度
徐红鹃;陈波;周海光;郑玉臣
【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2005(044)004
【摘要】利用太阳作为光源,以美国国家天文台所测量的太阳光谱为参考光谱,应用分光光度计分别在厦门东渡气象站和厦门大学对太阳进行跟踪测量,并对得到的光谱数据进行分析.利用差分光学吸收光谱方法反演大气中痕量气体浓度,并将最小二乘法应用于数据反演中,成功地得到大气中NO2的垂直柱浓度;利用光学遥测方法得到了厦门地区上空NO2含量及其变化,经过分析与讨论,我们计算的结果与环境监测部门采用气象常规方法测量的数据基本一致,证实了利用该方法可以较好地监测城市上空大气的污染情况,对空气中有害气体的光学遥测提供了有效的测量手段.【总页数】5页(P546-550)
【作者】徐红鹃;陈波;周海光;郑玉臣
【作者单位】厦门大学物理学系,福建,厦门,361005;厦门大学物理学系,福建,厦门,361005;厦门大学物理学系,福建,厦门,361005;香港城市大学物理材料科学系,香港
【正文语种】中文
【中图分类】O443
【相关文献】
1.差分吸收光谱法(DOAS)与紫外荧光法自动测量空气中SO2的对比 [J], 杨丽萍
2.基于DOAS方法烟气中NH3对NO浓度测量的干扰补偿 [J], 许康;王一红;周宾;汤光华;韩少鹏;程禾尧;李可
3.差分吸收光谱法(DOAS)测量污染气体浓度的实验研究 [J], 邵理堂;汤光华;许传龙;王式民
4.基于紫外吸收的烟气中NO和NO2成分浓度的同时测量 [J], 周洁;张时良
5.开放实验设计:利用地基DOAS技术测量大气中NO_(2)浓度 [J], 雒静;牟福生;张永兴
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基于积分吸收光谱技术的NO2气体浓度检测
基于积分吸收光谱技术的NO2气体浓度检测张云刚;王华山;李继猛;魏宇鸿;吴少华;童凯【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2016(034)004【摘要】为了满足氮氧化物工业排放浓度检测和氮氧化物排放总量控制的要求,本文基于积分光谱技术对二氧化氮气体浓度进行了检测.建立了基于积分吸收光谱技术的NO2气体分析方法和光学参量与气体浓度之间的关系.研究了积分吸收光谱技术的探测限、零点漂移、量程漂移和测量误差.实验结果表明在信噪比为2时NO2气体探测限为1 mg/m3.零点漂移小于1 mg/m3,满量程漂移小于0.6％,最大相对误差为0.5％.证明了基于积分吸收光谱技术可以实现固定污染源排放NO2气体浓度的高精度直接检测.【总页数】5页(P314-318)【作者】张云刚;王华山;李继猛;魏宇鸿;吴少华;童凯【作者单位】燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004;哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站,黑龙江哈尔滨150001;燕山大学车辆与能源学院,河北秦皇岛066004;燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004;燕山大学车辆与能源学院,河北秦皇岛066004;哈尔滨工业大学动力工程及工程热物理博士后流动站,黑龙江哈尔滨150001;燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TK314【相关文献】1.基于可调谐激光吸收光谱技术的多条吸收谱线重建气体浓度二维分布的研究 [J], 张立芳;王飞;张海丹;吴奇;严建华;岑可法2.可调谐二极管激光吸收光谱技术在甲烷气体浓度检测中的应用 [J], 张俊有;章祝云;赵玉斌3.基于成像差分吸收光谱技术探测合肥市大气边界层NO2斜柱浓度分布研究 [J], 吴子扬; 谢品华; 徐晋; 李昂; 张强; 胡肇焜; 李晓梅; 田鑫4.基于光声光谱技术的气体浓度检测系统设计 [J], 周泉; 徐智5.基于车载多轴差分吸收光谱技术对城市NO2污染分布和排放评估研究 [J], 刘浩然;胡启后;谈伟;苏文静;陈羽佳;朱一芝;刘建国因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
非线性回归法确定差分吸收光谱缓变结构提高NO_2浓度反演精度
文章编号:100425929(2007)0120070204非线性回归法确定差分吸收光谱缓变结构提高N O2浓度反演精度Ξ左浩毅,杨经国(四川大学物理学院,成都 610064)摘 要:分析了差分吸收光谱法反演大气二氧化氮(NO2)浓度过程中任意选择缓变吸收结构表达式对反演结果的影响。
传统的二氧化氮浓度反演中直接用比值光谱的低阶拟合曲线代替缓变吸收信息,阶次选择任意,数值模拟发现这种方法会给反演结果带来很大的误差(最大在40%以上)。
本文提出以二氧化氮吸收截面为参考,通过对比值光谱的非线性回归,确定缓变吸收信息的表达式。
此方法避免了拟合多项式选择的任意性,提高了二氧化氮浓度反演的准确性,数值模拟结果误差不超过1%,并以此获得了合理的二氧化氮浓度实测值。
关键词:差分吸收光谱;二氧化氮吸收截面;非线性回归;NO2浓度中图法分类号:O433151 文献标识码:ADetermination of the Slow-variation Absorption Structure by Nonlinear R egression Method for Improving the Precision of R etrieved N O2Density in AtmosphereZUO Hao2yi,YAN G Jing2guo(Depart ment of Physics,S ichuan U niversity,Chengdu610064,Chi na)Abstract:The influence of different slow-variation fitted curves on the retrieve of NO2density by DOAS is analyzed in this paper.It is discovered that random choice of the fitted curve may bring great error to the result,the greatest error exceed40%to the numerical simulation.A new method searching for the slow-variation absorption structure through nonlinear regression is displayed,by which random choice of polynomial is avoided.By this method the precision of retrieved NO2density is improved obviously.Finally,the real NO2vertical column density (VCD)of Chengdu in May15th,2006.is retrieved.K ey w ords:differential optical absorption spectroscopy;slow-variety absorption引言大气中二氧化氮(NO2)浓度的监测越来越受到人们的重视,目前已有多种方法对其进行测量,其中差分吸收光谱法(DOAS)由于能对二氧化氮浓度进行实时监测,且不会形成任何新的污染而到了广泛应用[1-4]。
差分吸收光谱法测量气体浓度的光程特性数值模拟
差分吸收光谱法测量气体浓度的光程特性数值模拟
汤光华;韩少鹏
【期刊名称】《电力科技与环保》
【年(卷),期】2018(034)001
【摘要】在给定波长范围和波长间隔条件下,应用差分吸收光谱法(DOAS)对不同浓度和不同光程时的SO2和NO2气体混合物浓度反演进行了数值模拟.计算结果表明,随着光程的增加,浓度反演的精度不是一直随其增大,而是先增大后减小.研究进一步发现,对于同一系统,在被测气体混合物浓度变化时,其最佳光程也随之变化.【总页数】3页(P49-51)
【作者】汤光华;韩少鹏
【作者单位】南京国电环保科技有限公司,江苏南京 210061;南京国电环保科技有限公司,江苏南京 210061
【正文语种】中文
【中图分类】X831
【相关文献】
1.差分吸收光谱法(DOAS)测量污染气体浓度的实验研究 [J], 邵理堂;汤光华;许传龙;王式民
2.被动差分吸收光谱法测量气体浓度时Ring效应的影响及修正研究 [J], 张英华;谢品华;司福祺;彭夫敏;窦科;李素文
3.发动机排放气体浓度差分吸收光谱法测量 [J], 张玉荣;蒙占海;刘同现;韩纯亮
4.差分吸收光谱法测量大气痕量气体浓度误差分析及改善方法 [J], 齐锋;刘文清;张
玉钧;魏庆农;王锋平
5.长光程差分吸收光谱法测量大气SO_2浓度研究 [J], 侯艳霞;魏永杰;刘迎春;李红莲;陈文亮;徐可欣;邹德宝
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基于多轴差分光学吸收光谱测量北京地区对流层NO_(2)的研究
AMF 〜一4
(6)
sin(a)
且平流层斜柱浓度SCDstat可以近似看作与观测角度无
关"0#$见式(7)
SCDstrat(" 0 90°) ~ SCDstrat (90°)
(7)
则式(3)满足式(8)
+ DSCDmeas(") DSCDtrop(")
(8)
联立式(5)和式(8)则得到对流层垂直柱浓度$见式(9)
辨率对地观测重大科技专项项目(二期，05-YM0B01-9001-19/203),安徽省科技重大专项(18030801111),安徽省重点研究与开
发计划项目(202004107020002),安徽省青年项目(2008085QD180)资助 作者简介：朱鹏程，1997年生,安徽大学物质科学与信息技术研究院硕士研究生 e-mail： i.pczhu@
1实验部分
1.1 实验场地 MAX-DOAS仪器搭设在北京中国气象科学研究院
(116. 32°E，39. 95°N)，位于中关村大街，周边建筑多为高校
及研究机构，无工业排放点；多数时间周边路段交通流量正
常，拥堵情况较少。该仪器所在位置为院内最高建筑物顶
层，距离地面高度约为42 m；观测方位角设置为130°，仪器
现阶段国内大气监测领域应用较多的仪器主要包括多种 点式仪器、激光雷达、遥感卫星和主被动DOAS等°地基多 轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被动 DOAS仪器，可以同时测量NO2, O3 , SO2等多种痕量气体 柱浓度信息，避免主动DOAS仪器受到搭建平台制约的问 题 相对其他光学监测方法具有时间分辨率高、 高灵敏度、 多组分和容易搭建等特点，非常适合对大气痕量气体的实时 追踪"1]°已有研究表明，MAX-DOAS仪作为一种监测大气 污染物的有效手段也能够对卫星数据、地面国控点数据 等进行校验°
基于太阳光谱的NO_2浓度反演方法
实验 结 果 与 其 他 设 备 测 量 结 果 一 致 ， 实 了该 方 法 的 可行 性 。 证 关 键 词 ： 阳 光 谱 ； 浓 度 ； 分 吸 收 ； 收 截 面 太 ＮＯ 差 吸
中 图 分 类 号 ： ３ ． ０４ ３ ４ 文 献 标 志码 ： Ａ
Ｉ ｅ ｓ ｏ ｆＮ０２ｃ ｎｃ ｎ ｒ ｔ０ ａ ｅ ｎ ｓ ｌ ｒ ｓ ｅ ｔ ｕ ａ ｌ ｓ ｓ ｎｖ ｒ ｉ ｎ ｏ ０ ｅ ｔ ａ ｉ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｏ ａ ｐ ｃ ｒ ｍ ｎａ ｙ ｉ
取 某一 时刻的 太 阳光谱 为参 考 ， 结合 当时 的污 染 气体 浓度 数 据 ， 用差 分 吸收 原 理 ， 演 出其 他 应 反
任 意 时刻 的 ＮＯ 浓度 。运 用 Ｏｒ ｉ７ ５软 件 进 行 光谱 解 析 ， 据 ＨＩ ＲＡＮ 数据 库绘 制 吸 收 截 ｉｎ ． ｇ 根 Ｔ
面谱 ， 并获 取指 定 数值 的应 用 ， 实现 了对光谱 谱 线 的 定量 分 析 ， 并且 误 差 小 。该反 演过 程 具 有 光
基 于 太 阳光 谱 的 ＮＯ２ 度 反 演 方 法 浓
肖韶 荣 ， 亚 吉 王
（． 京 信 息 工程 大学 电子 与 信 息 工 程 学 院 ， １南 江苏 南 京 ２ ０ ４ ； １ ０ ４ ２南京信息工程大学 大气物理学院 ， 苏 南京 ２０４） ． 江 １０ ４
摘 要 ： 构建 了一 套光谱 测 量 系统 ， 太 阳光 为 光 源 ， 用 高精 度 成 像 光谱 仪 采 集 太 阳光 谱 ， 以 利 选
ＸＩ ＡＯ ｈ ｏ ｒ ｎ ，Ｗ ＡＮＧ —ｉ Ｓ ａ —ｏ ｇ Ｙａｊ
《基于MAX-DOAS观测的东北地区NO2来源及驱动因素评估》
《基于MAX-DOAS观测的东北地区NO2来源及驱动因素评估》一、引言近年来，随着工业化和城市化进程的加快，大气污染问题逐渐凸显，特别是氮氧化物（NOx）的排放与控制成为环保领域的焦点。
东北地区作为我国的重要工业基地，其NO2排放和来源问题尤为突出。
MAX-DOAS（多轴差分光学吸收光谱）技术作为一种高效的大气污染监测手段，能够为区域性NO2排放及驱动因素评估提供重要依据。
本文旨在利用MAX-DOAS观测数据，对东北地区NO2的来源及驱动因素进行深入分析。
二、研究方法与数据来源本文采用MAX-DOAS技术，通过测量太阳光谱在穿越大气时吸收的气体分子，进而得到NO2浓度分布信息。
所使用数据主要来自东北地区多个MAX-DOAS观测站点。
此外，结合地面交通、能源消费等数据进行综合分析。
三、东北地区NO2来源分析1. 工业排放：东北地区作为老工业基地，钢铁、化工等重工业产业发达，工业排放是NO2的主要来源之一。
2. 交通排放：随着汽车保有量的增加，汽车尾气排放成为NO2的重要来源。
3. 农业活动：农业化肥的使用、畜禽养殖等也可能导致一定程度的NO2排放。
4. 其他来源：包括土壤微生物活动、燃料燃烧等也可能产生一定量的NO2。
四、驱动因素分析1. 经济发展：随着东北地区经济的快速发展，能源消耗和工业生产规模不断扩大，导致NO2排放量增加。
2. 政策因素：政府对环保政策的实施和调整，如限产限排等措施，对NO2排放具有重要影响。
3. 气候条件：气候条件如温度、湿度、风速等对NO2的扩散和传输也有一定影响。
4. 交通发展：交通网络的完善和汽车保有量的增加，导致交通排放成为重要的驱动因素。
五、结果与讨论通过对MAX-DOAS观测数据的分析，我们发现东北地区NO2浓度呈现出明显的空间分布特征和时间变化规律。
工业区和城市中心区的NO2浓度较高，而农村和偏远地区的浓度相对较低。
在时间上，受季节、气候和交通等因素的影响，NO2浓度呈现周期性变化。
基于QDOAS的多轴差分吸收光谱测量对流层HCHO的研究
关键词 多轴差分吸收光谱& QDOAS&甲醛&卫星校验&光化学
中图分类号：O433.5 文献标识码：A
DOI： 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2019)08-2332-05
引言
甲醛(HCHO)是对流层中主要的羰基化合物，广泛参与 光化学反应，对人类健康有害，例如能损伤口腔纤维和上皮 细胞，能致癌和致畸$甲醛在大气中含量少、变化快、分布 不均，在大气化学和光化学反应中起着重要作用$日益严重 的环境污染不仅造成了重大的经济损失，而且损害了人类的 健康，尤其是对免疫和呼吸系统$因此需要严格控制、监测 这类气体的浓度()$
通讯联系人 e-mail: chliu81@
Hale Waihona Puke 第8期光谱学与光谱分析
2333
的QDOAS软件具有批量处理，快速!交互式可视化界
面等优点，可以处理"std, "spe等后缀的光谱数据$
搭建了多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)遥测甲醛 (HCHO)系统,并对合肥地区夏季开展了连续观测实验,基 于QDOAS对遥测的大气光谱数据进行了分析研究,对为期 约一个月的观测数据进行了分析，并将地面观测与卫星观测 进行了对比,对比结果表明二者具有较好的一致性$ MAXDOAS 技术为甲醛的测量提供了一种实时、快速的监测手 段，为验证卫星观测数据提供了一种有效的手段$
1.淮北师范大学物理与电子信息学院，安徽淮北235000 2•中国科学技术大学地空学院，安徽合肥230026
摘 要 由于甲醛在大气光化学反应中的重要性及其对环境、气候和人类健康的危害，监测、有效控制甲醛 浓度已经成为一件刻不容缓的要事$目前传统的监测多局限于基于化学方法、色谱法的室内监测，或是室外 较小范围的监测，室外大范围的大气中的甲醛监测往往为人们所忽视$为了有效监测大气中大范围的甲醛 (HCHO)浓度,建立了地基MAX-DOAS观测系统,与主动DOAS观测系统相比,该观测系统不受光源和反 射装置限制,平台搭建简单,测量范围广$ 2018年在合肥地区(117°17/E, 3°90'N)夏季开展了基于地基 MAX-DOAS的外场连续观测实验,结合新一代光谱处理软件QDOAS利用DOAS算法的非线性最小二乘拟 合反演甲醛(HCHO)的斜柱浓度,并通过大气质量因子(AMF)将甲醛(HCHO)的斜柱浓度转换为柱浓度, 并分析了 7月份的观测数据，结果表明，低仰角下甲醛的差分斜柱浓的值较高，说明，对流层甲醛主要集中 在接近地表的位置$从实验数据还可以看到，二氧化氮与甲醛的变化趋势基本一致，说明大气中的甲醛与机 动车排放或是工业排放出的的氮氧化物(NO2等)在大气的源与汇过程中具有一定的相关性$通过地基 MAX-DOAS测量数据与OMI观测值的比较发现,二者的变化趋势具有良好的一致性,且相关系数为0.518 9,并分析了 OMI观测值偏低的原因$研究结果表明,地基MAX-DOAS系统不仅可以对区域污染的演变进 行研究，也为甲醛的测量提供了一种实时、快速的监测手段，为分析大气甲醛的来源提供了一种新的解析手 段，为验证卫星观测数据提供了一种有效的手段$
非线性回归法确定差分吸收光谱缓变结构提高NO2浓度反演精度
（ ｅａ ｔ ｎ ｈ ｓ ｓ Ｓ ｃｕ ｎ Ｕ ｉｅｓ ｙ，Ｃ ｅｇ ｕ ６ ０ ６ ，Ｃ ｉ Ｄ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆＰ ｙｉ ， ｉ ａ ｎｖｒｉ ｈ ｎ ｄ １ ０ ４ ｈｎ ｏ ｃ ｈ ｔ ａ）
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｆ ｅ ｃ ｆｄｆｅｅ ｔ ｌｗ — ｖ ｒａｉｎｆｔ ｄｃ ｒ ｅ ｎｔ ｅｒｔｉｖ ｆ ｅｉｌ ｎ ｅ ｉ ｒ ｎ ｏ ｎｕ ｏ ｆ ｓ ａ ｉｔ ｉ ｅ ｕ ｖ ｓ ｈ ｅｒｅ ｅｏ ｏ ｔ ｏ Ｎｏ２ ｅ ｓ ｙ ｎｉ ｄ ｔ ｂ Ｘ） ｎ ｌｚ ｄｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｔｉ ｉ ｏ ｅｅ ｈ ｔ ａ ｄ ｍ ｈ ｉｅｏ ｈ ｉ ｅ ｕ ｅｍａ ｙＩ ＡＳ ｉ ａ ａｙ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｉ ｄｓ ｖ ｒｄ ｔ ａ ｎ ｏ ｃ ｏｃ ｆｔ ｅｆ ｔｄ ｃ ｒ ｙ ｓ ｓ ｃ ｒ ｔ ｖ ｂ ｉｇ ｇ ｅ ｔｅｒ ｒｔ ｈ ｅｕｔ ｈ ｒ ｔｓ ｒｏ ｘ ｅ ｄ ４ ｒｎ ｒａ ｒｏ ｏ ｔ ｅ ｒｓ ｌ．ｔ ｅｇ ｅ ｅ ｔｅ ｒｅ ｃ ｅ ０％ ｔ ｈ ｕ ｒ ａ ｉ ｌｔ ｎ Ａ ａ ｏ ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｉ ｌ ｍｕａ ｉ ． ｃ ｓ ｏ ｎ ｗ ｅｈ ｄｓａｃ ｉｇｆ ｒ ｈ ｌｗ —ｖ ｉｔ ｎ ａ ｓ ｒ ｔ ｎｓｒ ｃｕ ｅｔ ｒｕ ｈｎ ｎ ｉｅｒｒ ｇ ｅｓ ｎ ｅ ｍ ｔ ｏ ｅ ｈｎ ｅｓ ｒ ｏ ｔ ｏ — ａ ａｉ ｂ ｏ ｐ ｉ ｔｕ ｔ ｒ ｏ ｇ ｏ ｌ ａ ｅ ｒｓｉ ｒ ｏ ｏ ｈ ｎ ｏ ｉ ｄｓ ｌｙ ｄ，ｂ ｉｈ ｒｎ ｏ ｃ ｏｃ ｆｐ ｌｎ ｍ ｉｌｓａ ｏｄ ｄ ｓ ｉ ａｅ ｐ ｙｗｈｃ ａ ｄ ｍ ｈ ｉｅｏ ｏｙ ｏ ａ ｉ ｖ ｉｅ ．Ｂｙｔ ｉ ｍ ｅｈ ｄｔ ｅｐ ｅ ｉｉｎｏ ｈｓ ｔ ｏ ｈ ｒ ｃ ｏ ｆ ｓ
地基MAX-DOAS简要技术说明
技术说明文件——地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）一、系统组成地基多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）由散射光收集系统，温控系统、数据采集及处理系统等组成，其仪器照片图1所示。
图1 地基MAX-DOAS系统照片图2 地基MAX-DOAS系统结构示意图图2为MAX-DOAS系统结构示意图。
该系统由棱镜、望远镜、遮光板及其驱动装置、电机及温度控制电路板、光纤、光谱仪与控制计算机等组成。
棱镜将散射光导入接收望远镜中，接收望远镜将散射光汇聚到光纤中，驱动电机带动棱镜旋转将不同角度的散射光导入接收望远镜中，而遮光板的功能为控制光路的通断，实现对背景的测量。
进入望远镜的散射光在完成色散、采集与数字化通过USB线传导到计算机中存储、计算，最终实现对大气痕量气体垂直柱浓度的解析。
二、技术参数1、硬件部分：◆散射光测量角度：0°、5°、10°、15°、20°、90°◆接收望远镜视场角：1°◆望远镜直径：25mm；◆焦距：113 mm；◆光谱仪分辨率：优于0.6nm◆量化精度：14bits◆光谱范围：290-420nm◆工作条件：温度：－10～50℃，相对湿度：<96％，大气压力：80～106Kpa◆工作电压：～220V±10V，50Hz～60Hz◆功率：400W2. 监测组分：◆可测大气成份：NO2、SO2、O3◆NO2斜柱浓度精度：5%◆SO2斜柱浓度精度：10%，◆O3斜柱浓度精度：5%◆斜柱浓度测量下限：1E+16molec./cm2 (4ppmm)(NO2,SO2)2E+17molec./cm2（80ppmm）(O3）◆积分时间：<2S3、软件部分：主要功能包括：1、控制功能●控制仰角电机测量不同仰角的大气谱●控制挡板电机选择测量大气谱和背景谱●根据环境条件，调整探测器的积分时间、累加次数、数据采集等功能所有上述控制过程既可以手动，也可以在程序中自动控制。
目标差分吸收光谱技术测量大气NO2平均浓度的方法研究
２ ０ １ ３年 ４月
光 谱
学
与
光
谱
分
ห้องสมุดไป่ตู้析
Ｖｏ １ ． ３ ３， Ｎｏ ． ４ ， ｐ ｐ ８ ９ ５ — ８ ９ ８
Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｌ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
Ｄ ＯＡＳ的核心思想是引入 了“ 差分” 的概念 ，即将吸 收截 面分 为两个部分
＝ ＋ ｄ ， （ ２ ）
程 比较 复杂 ， 且获得 的是某一点 附近 的气 体浓 度 ， 代表 性有 限；Ｌ Ｐ － Ｄ ０Ａ Ｓ需 要用 到人 工光源 ， 安装 与维 护比较烦琐 ； 被
动Ｄ ＯＡＳ方法利用太 阳光作为光源 ， 易于 维护 ，目前主要应
Ｊ （ ） ＝／ ｏ （ Ａ ） ｅ ｘ ｐ ［ －Ｌ （ ∑ （ ） ０ ＋￡ Ｒ ） ＋ｅ Ｍ （ ） ） ］ （ １ ）
其中ａ ／ （ ） 是所 测气 体的分子吸收截面 ， ｃ ／ 是气体浓度 ， 是 所测气体 的种 类数 ， ￡ Ｒ （ ） 和ｅ ＂ Ｍ（ ）分别 表示 Ｒａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ散 射、 Ｍｉ ｅ 散射 的消光系数 。
用于对整层大气 中痕量气体 垂直柱浓度［ ５ ］ 、 廓线［ ６ ］ 和大气气
溶胶Ｌ ７ ． 日 ］ 等 的测 量 。
为获得近地 面痕量 气体 的平均浓度 ， 对被动 Ｉ Ｘ ） ＡＳ方法
进行拓展 ， 发展 了基于 目标 反射技术 的方 法 ，即 目标 Ｄ ０Ａ ｓ
其 中 为宽状结构光 谱 （ ｇ Ｐ “ 慢变化 ” 部 分） ， Ｏ ． ｔ Ｊ为差分 吸收 截面 （ 即“ 快变化” 部 分） ， 其 反映了窄带光谱 结构 。由于 Ｒａ ｙ — ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ和 Ｍｉ ｅ 的吸收都是随着波长 做“ 慢变化” 的， 光谱 分析
华北地区香河站对流层NO2的MAX-DOAS光谱仪观测及变化特征分析
气 候 与 环 境 研 究
Ｃｌ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
、 ， ０ １ ．１ ９ ．ＮＯ ．１
Ｊ ａ ｎ．２０１ ４
王婷 ，王 普才 ，余 环，等 ．２ ０ １ ４ ．华 北地 区 香河 站 对流 层 ＮＯ ２的 ＭＡ Ｘ— Ｄ ＯＡＳ 光 谱仪 观 测及 变 化特 征 分析 ［ Ｊ １ ．气 候与 环 境研 究 ， １ ９（ １ ） ： ５ １ — ６ Ｏ ，
分析 了该区域 ＮＯ ２柱浓 度的季节变化特征 。研究表 明：可 见光 ４ ５ ５ ￣４ ８ ５ ａ ｍ、紫外 ３ ３ ０ ￣３ ７ ０ ａ ｍ 都可 以作为
ＭＡＸ ． ＤＯ ＡＳ工作波 段很好地反演 ＮＯ２ ；香河地区 ＮＯ ２ 柱浓度夏季最低 ，几乎保持在 ２ Ｘ １ ０ ｃ ｍ－ ２ 以下，春、秋 季 次之，在 ３ ×１ ０ ｃ ｍ ２ 上下小范 围浮动 ，冬季最高，可达 ４ ． ５ ×１ ０ ｃ ｍ－ ２ ；月平均最低值 出现在 ７月 ，最高值 出 现在 １ １月 。ＮＯ ２ 柱浓度与风速 、风 向密切相关 ：来 自东边唐 山方 向的风 ，风速越 大时 ＮＯ ２ 浓度越高 ，因为唐 山 是 Ｎ Ｏ２ 的高值 区之 一；其它方向风速 越大 ，浓度越低 。春、夏两季 ＮＯ ２ 柱浓度 日变化趋势 比较平缓 ，秋、冬两 季 曰变化明显，秋季正午偏高 ，冬季早晚偏高 。
中图分类号
Ｘ１ ６
文献标识码
Ａ
Ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｃｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ Ｔｒ ｏ ｐｏ ｓ ｐｈｅ ｒ ｉ ｃ ＮＯ ２ ｉ ｎ Ｘｉ ａ ｎｇ ｈ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍ Ａ Ｘ． Ｄ ｏＡ Ｓ Ｍｅ ａ ｓ ｕｒ ｅ ｍｅ ｎｔ
直射太阳光差分吸收光谱反演NO_2整层垂直柱浓度
陈茂兴等 ， 测量仪器搭载到飞机上 ，在 １． ｍ 的高度上 将 １ ２ｋ
获得的天顶谱作为参考谱［ 。 方法避开 对流层 的吸收 ，最 ６ 该 ］ 大程度的减少 了参 考谱 中 Ｎ０ ２吸收结 构 引入 的误差 。但 是 这种方法 较 为 复杂 、成 本 较 高 。２ ０ ０ ９年 美 国 国 家 宇航 局 （ ＡＳ 的 ＪｙＨｅｍａ Ｎ Ａ） ａ ｒ ｎ研究组成 功 的将 最小值外 推法应 用
Ｆｉ．１ Ｔｈｅ ａｍ ｏ ｐ ｒ ｒ ｎ ｍ ｉｓｏ ｐａ ｈ ｏ ｒ ｃ ｕｎ ｌｇ ｇ ｔ ｓ ｈｅ ｅ ｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｔ ｆｄｉ ｔｓ ｉｈｔ ｅ
于 Ｄ ｑ Ａ ，获得了 Ｎ ） 垂直柱浓度绝对值 ， Ｓ Ｘ） Ｓ （２ 并与 ＯＭＩ 卫
收 稿 日期 ： ０ １０—４ 修 订 日期 ：２ １—０１ ２ １ —７２ 。 ０ １１—６
当前用 于测量 Ｎ（ ） ２的方法包 括点式 化学 发光 测量 法 、长光
程 主动差分 吸收光谱法【 等 ， 关注地 面 Ｎ（２ ２ ］ 都 ） 的浓度 。 近些
年发展起来 的多 轴差 分吸收 光谱技 术 可以 获得对 流层 Ｎ（ ） ２
Ｉ 原
理
浓度信息［ ，但其主要用于获取 对流层 垂直柱浓 度。直 射太 ３ ］ 阳光差分吸收光谱技术 （ ＳＤ Ｄ － ＯＡＳ ， ） 具有光通 量大 、时间分
中图分类号 ： ４３５ １ ０ ３．＋
引 言
对 Ｎ（ ） 浓度 的监 测具 有 重要 的科 学 和实 际意 义口 。 ２的 ］
本研究采用大气外层高精度太阳夫琅禾费标准光谱与仪 器 函数进行卷积作为参考谱反演整层垂直柱浓度 绝对值 。搭
基于MAX-DOAS的大气对流层SO_2垂直柱浓度遥测
基于MAX-DOAS的大气对流层SO_2垂直柱浓度遥测田鑫;李昂;徐晋;谢品华;牟福生;吴丰成;胡肇焜;张琼;王汝雯【期刊名称】《大气与环境光学学报》【年(卷),期】2017(12)1【摘要】基于多轴差分吸收光谱技术(multi-axis differential optical absorption spectroscopy,MAXDOAS)获得了对流层SO_2垂直柱浓度。
采用不同参考谱和不同波段来获得SO_2差分斜柱浓度,通过对比发现,当圈天顶光谱作为参考谱的反演误差最小,且全天相对稳定波动小,误差小于5%。
通过六个波段的对比选取了最优反演波段为307.5~315 nm。
结合地面气象数据对2015年10月14日~18日的污染过程进行了研究,数据分析表明风速和风向是影响监测点SO_2浓度的两个重要因素,城市和电厂产生的SO_2会在东风和南风的影响下向监测点输送.通过研究表明,MAX-DOAS能够准确反演大气对流层SO_2垂直柱浓度信息,对于探究城市大气对流层SO_2垂直柱浓度、卫星校验、模型校验以及污染输送的研究具有重要意义。
【总页数】10页(P33-42)【关键词】多轴差分吸收光谱技术;对流层SO2垂直柱浓度;最优反演波段;输送【作者】田鑫;李昂;徐晋;谢品华;牟福生;吴丰成;胡肇焜;张琼;王汝雯【作者单位】中国科学技术大学环境科学与光电技术学院;中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室;中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心中国科学院城市环境研究所【正文语种】中文【中图分类】X831【相关文献】1.淮北对流层NO2柱浓度地基MAX-DOAS观测与OMI对比 [J], 施瑞瑞;牟福生;李素文;韦民红;雒静2.基于OMI数据的河南省近十年大气对流层NO2垂直柱浓度时空变化分析研究[J], 汪焕3.乌鲁木齐市夏季大气对流层NO2垂直柱浓度特征研究 [J], 陈成贺日;李艳红;王盼盼4.淮北对流层NO2柱浓度地基MAX-DOAS观测与OMI对比 [J], 施瑞瑞;牟福生;李素文;韦民红;雒静;5.基于MAX-DOAS的对流层NO_2和气溶胶光学厚度遥测反演 [J], 牟福生;李昂;谢品华;王杨;徐晋;张杰;陈浩;吴丰成因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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第９期光谱学与光谱分析２４６５
如果定义ｊ气体的柱浓度
ｓＪ＝沁）ｄｓ
则方程（１）可写为
ｌｎ［揣］一＞－．］ａｊＣａ）Ｓｊ一嘶（舢脚一‰（】）瓢（２）
西表示气体ｊ的吸收截面。
由于瑞利散射和米散射引起的光
强衰减随波长为“慢变化”，因此将测匿到的光谱进行高通数
字滤波，即可除去光谱中的慢变化。
再经过低通滤波，可减
少高频噪声的影响。
最终得到差分光学厚度ｒ（＾）
以）＝ｌｎ揣一劲（鹕（３）
最后将标准拟合参考光谱（实验窜精确测定的气体的标准光谱）与处理后得到的差分吸收光谱进行最小二乘拟合，可同时获得多种气体的柱浓度Ｓ。
地基ＭＡＸ－ＤＯＡＳ技术足被动ＤＯＡＳ技术的一种，它通过测量天顶方向和几个离轴方向的大气吸收光谱来获取大气中污染气体的宅问分布。
在监测过程中，反射镜指向正北，通过步进电机带动反射镜分别转至５。
，１０。
，１５。
，２０。
和９０。
完成一个测域循环，从而实现对不问角度的测量，图１所示为ＭＡＸ－ＩＸ）ＡＳ的原理示意图。
随ｌＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｇｒｏｕｎｄ－ｂａｓｅｄＭＡＸ－ＤＯＡＳｐｒｉｎｃｉｐｌｅ２实验系统
图２所示为地基ＭＡＸ－ＤＯＡＳ系统的结构示意图。
它主要由棱镜、单远镜、光纤、光谱仪、控制电机、计算机等组成。
实验中光谱仪温度控制在２５℃，它能测量的光谱范围为２９０～４０７咖，分辨率为０．６ｈｉｌｌ。
每次测母平均１００次，并町根据光谱强度的大小。
自动调整积分时间，以得到较好的信噪比。
在每个角度测蜃完成以后，电机驱动塑远镜后方的挡光板挡住光路，进行背景测量。
最终测鲢得到的光谱数据通过一条ＵＳＢ线传输至控制计算机中存储并计算，得到ＮＱ的浓度信息。
３实验数据处理
３．１光谱数据处理
在数据处理时需要对太ＲＩ辐射的特征结构、大气效应等进行处理，以准确获得污染气体的斜柱浓度，主要考虑的是
畸２Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐ０ｆｇｒｏｕｎｄ－ｂａｓｅｄＭＡＸ－ＢＯＡＳ
太阳夫琅和费结构的去除和ｒｉｎｇ效应的修正。
太阳夫琅和费结构是由于太阳光球原子的选择性吸收和发射引起的，在紫外／可见波段的太阳散射光中占有莺要的地位［５］，会给污染气体的反演造成很大影响，因此必须去除。
一般采用测量光谱除以夫琅和费参考光谱的方法进行去除。
ｒｉｎｇ效应是光在大气中传输的过程中，由于大气分子的旋转拉曼散射Ｉｆ｜ｉ造成的夫琅和费结构变浅的现象ｆ６］．如果不去除．将无法完全去除犬琅和费结构对反演结果的影响。
从而造成较大偏莛，尤其是对于浓度较低的污染气体。
本文中利用Ｆｉｓｈ的方法获取ｒｉｎｇ光谱结构口Ｊ，然后将其作为一种气体截面参与气体浓度的反演。
将测量到的光谱数据利用Ｉ）ＯＡｓ方法进行计算，这里选用２００８年８月１６日中午１２点的一条９０。
方向的测虽光谱为夫琅和费参考谱，即Ｊ０。
在反演时，参与拟合的痕量气体包括ＮＱ和０４，选用２９４Ｋ的Ｎ０２吸收截面［８］以及ｑ吸收截面【…，在拟合前先将高分辨吸收截丽跟仪器函数进行卷积。
仪器函数通过３３４ｔｉｍ处的一个汞的发射峰确定。
图３所示为选取的８月２２日１５点０８分的一条测营光谱进行反演计算的例子，实线表示各种吸收截面，虚线表示测量光谱中的吸收。
为ｒ得到较好的拟合结果和较低的剩余噪声。
选取３６０～３９０１１ｒ１１波段进行拟合计算，得到Ｎ０ｚ的差分斜柱浓度ｄｓ（’Ｄ为１．１６×１０”ｍｏｌｅｃ·ｃｎｌ，剩余噪声约为５．４×ｌＯ～。
利用ＤＯＡＳ方法将所有角度的测培光谱进行拟合计算，就得到了Ｎ０ｚ的差分斜柱浓度ｄＳｃＤ的时问序列圈，如图４所尔。
图中给出的是８月８日、８月９日、８月１３日、８月１７日、８月２３只和８月２４日共６天的计算结果。
以８月１７日结果为例。
如图４（ｂ）。
从图中可以看出．较小角度下的测量结果比较大角度下要大，最大差值５。
结果比９０。
结果高约４～５倍，这是由于在一个循环中ｄＳ（、Ｄ是ＮＯｚ浓度沿整个光程积分的结果，而在较小角度下光穿过大气的路径比较长。
其测量结果也就是在这个较艮路径上浓度的积分值。
３．２对流层ＮＱ的垂直柱浓度ＶＣＤ的获取
利用Ｉ：卣方法得到的Ｎ（ｈｄＳＣＤ结果包含了对流层吸收和平流层吸收两部分信号，由于本文讨论的是对流层ＮＯｚ。
因此必须去除平流层吸收。
由于在每一个循环中都有一个
利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO2
作者：徐晋， 谢品华， 司福祺， 窦科， 李昂， 刘宇， 刘文清， XU Jin， XIE Pin-hua，SI Fu-qi， DOU Ke， LI Ang， LIU Yu， LIU Wen-qing
作者单位：中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室,安徽,合肥,230031
刊名：
光谱学与光谱分析
英文刊名：SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS
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