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基于多轴差分光学吸收光谱探测的北京春季气溶胶垂直廓线 被引量：2
1
作者 蒋诚 唐贵谦 +3 位作者 李启华 刘保献 王蒙 王跃思 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期265-271,共7页
气溶胶垂直廓线是评估污染物来源、输送等途径的必要手段。气溶胶污染对环境和人体健康带来直接的影响。该研究于2019年4—5月,利用中国科学院大气物理研究所(39.98°N,116.39°E)的地基多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)仪,对北... 气溶胶垂直廓线是评估污染物来源、输送等途径的必要手段。气溶胶污染对环境和人体健康带来直接的影响。该研究于2019年4—5月,利用中国科学院大气物理研究所(39.98°N,116.39°E)的地基多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)仪,对北京地区春季大气光谱垂直廓线进行了观测。凭借MAX-DOAS实时、在线、连续的观测优势,能有效的对气溶胶进行监测。MAX-DOAS基于最优估算法(OEM)以及最小二乘光谱拟合法,并以辐射传输模型SCIATRAN作为前向模型,利用海德堡廓线(HEIPRO)算法反演得到气溶胶消光系数的垂直廓线,通过对气溶胶消光系数在其路径的积分获得气溶胶光学厚度(AOD)。利用地基太阳光度计观测的AOD和高塔观测的颗粒物质量浓度垂直廓线,分别与MAX-DOAS观测的AOD和气溶胶消光系数垂直廓线进行对比,验证MAX-DOAS算法的适用性。研究结果表明,MAX-DOAS与太阳光度计观测AOD结果,相关系数为0.92,斜率为0.89。三层气溶胶消光系数与PM_(2.5)质量浓度的皮尔森相关系数从低处到高处分别达到0.69(60 m),0.77(160 m)和0.75(280 m)。并且,将气溶胶平均消光系数和对应三层(60,160和280 m)的PM_(2.5)平均质量浓度对比,发现两者趋势一致。同样的,为了验证MAX-DOAS是否具备准确识别污染物的长距离输送的能力,我们通过Angstrom指数确定沙尘天气,通过计算梯度理查森数和边界层高度确定静稳天气,分析了在特殊天气条件下,MAX-DOAS能够对沙尘和静稳天气做出及时、准确的响应。分析气溶胶平均消光系数,发现气溶胶垂直廓线随高度升高呈现指数衰减变化的趋势,并且气溶胶消光系数均值在1.5 km高度处约为近地面的50%左右,而在1.5 km以上消光系数会随着高度的增加而快速减小。当高度达到2 km左右时,气溶胶消光系数均值下降到了0.1 km^(-1)。以上结果表明MAX-DOAS探测大气气溶胶垂直廓线具有较高的适用性。 展开更多
关键词 颗粒物污染 气溶胶 垂直廓线 地基多轴差分光学吸收光谱 相关性
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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 被引量：6
2
作者 朱鹏程 刘浩然 +4 位作者 季祥光 李启华 刘国华 田园 徐恒 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2153-2158,共6页
由于二氧化氮(NO_(2))在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用,并且对环境、气候以及人体健康产生影响,合理、有效地监测和控制大气中NO_(2)浓度已成为十分重要的课题。地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被... 由于二氧化氮(NO_(2))在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用,并且对环境、气候以及人体健康产生影响,合理、有效地监测和控制大气中NO_(2)浓度已成为十分重要的课题。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,相较于小范围测量的点式仪器、利用光源和反射装置的主动DOAS仪器,具有时间分辨率高、高灵敏度、测量范围广和不受搭建平台制约等优势特点。2018年在北京中国气象科学研究院(116.32°E,39.95°N)开展了基于地基MAX-DOAS的对流层NO_(2)全年连续观测,采集得到原始吸收光谱并运用光谱处理软件QDOAS进行反演得到NO_(2)斜柱浓度(SCD),选择较为简单的几何近似方法计算求出大气质量因子(AMF),从而将NO_(2) SCD转换为垂直柱浓度(VCD),据此研究分析了北京地区NO_(2) VCD月均值和季节均值变化、季节的日平均变化以及一周内日平均变化的特征。结果表明,北京地区对流层NO_(2) VCD随季节变化较为明显,呈现冬季最高而夏季最低的趋势,其中冬季季节均值达到2.94×10^(16) molec·cm^(-2),为夏季的1.6倍,不同季节的日均变化一般在下午表现出明显的差异,最大相差为2.17×10^(16) molec·cm^(-2)。一周内每日的浓度变化有一定规律性,周日平均浓度较其他时间降低17%左右,出现了一定程度的周末效应。通过将地基MAX-DOAS观测结果和地面国控站点官园监测站(116.339°E,39.929°N)2018全年数据结果进行对比,显示出两者变化趋势具有好的一致性,相关系数r可达0.81。研究表明,地基MAX-DOAS不仅可以对区域污染气体如NO_(2)的实时快速监测及变化规律的研究分析提供一种有效手段,也可以对其他数据来源进行校验。 展开更多
关键词 地基多轴差分吸收光谱 北京 二氧化氮 垂直柱浓度
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利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO_2 被引量：14
3
作者 徐晋 谢品华 +4 位作者 司福祺 窦科 李昂 刘宇 刘文清 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期2464-2469,共6页
介绍了基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演对流层NO2的方法。利用差分吸收光谱技术(DOAS),扣除太阳夫琅和费结构及Ring效应的影响,拟合得到了大气中NO2的差分斜柱浓度dSCD,结合不同观测方向的测量结果分析得到了对流层大气中NO2的... 介绍了基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)反演对流层NO2的方法。利用差分吸收光谱技术(DOAS),扣除太阳夫琅和费结构及Ring效应的影响,拟合得到了大气中NO2的差分斜柱浓度dSCD,结合不同观测方向的测量结果分析得到了对流层大气中NO2的差分斜柱浓度(ΔSCD),结合辐射传输模型SCIATRAN计算得到了大气质量因子(AMF),并进一步计算得到了对流层NO2的垂直柱浓度(VCD)信息。为确保数据的准确性和可比性,将计算结果与长光程差分吸收光谱仪(LP-DOAS)的测量结果进行对比,二者具有较好的一致性,其相关系数R2分别为0.940 27和0.969 24。 展开更多
关键词 大气光学 对流层垂直柱浓度 多轴差分吸收光谱技术 大气质量因子
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基于多轴差分吸收光谱技术的合肥地区气溶胶观测研究 被引量：2
4
作者 李晓梅 谢品华 +5 位作者 徐晋 李昂 田鑫 任博 胡肇焜 吴子扬 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期712-719,共8页
大气气溶胶的直径从几纳米到几十微米不等,对大气辐射评估、全球气候变化、当地空气质量和能见度以及人类健康都有着直接或间接影响,尤其秋冬季节是雾霾高发期,更有利于大气气溶胶的生成、转化和积累。目前,用于气溶胶信息观测的技术有... 大气气溶胶的直径从几纳米到几十微米不等,对大气辐射评估、全球气候变化、当地空气质量和能见度以及人类健康都有着直接或间接影响,尤其秋冬季节是雾霾高发期,更有利于大气气溶胶的生成、转化和积累。目前,用于气溶胶信息观测的技术有很多,包括激光雷达、太阳光度计、华盖计、卫星遥感等。多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动遥测式光谱设备,具有稳定、可实时连续监测等特点,可同时获取多种痕量气体的浓度信息,且能反演气溶胶光学厚度(AOD)和气溶胶廓线。介绍了MAX-DOAS反演气溶胶信息的算法,并于2017年12月至2018年1月,在合肥市科学岛开展了MAX-DOAS观测,观测方位角为0度(正北),垂直方向上从低到高扫描10个仰角;反演时取中午时段的天顶方向测量光谱作为参考光谱。在337~370 nm波段,利用QDOAS软件计算出O4斜柱浓度(DSCD),然后再利用气溶胶廓线反演算法(PriAM)反演出AOD和气溶胶消光系数(AE)。将结果与太阳光度计CE318测得的AOD做对比,小时均值和日均值的相关性系数均为0.91,结果表明MAX-DOAS在获取气溶胶信息方面具有较高的可靠性。同时,将MAX-DOAS获得的近地面气溶胶消光系数与地面站点的点式仪器测得的PM2.5浓度进行了相关性对比,日均值和小时均值线性拟合相关系数r分别为0.83和0.62,进一步验证了MAX-DOAS获取气溶胶信息的可靠性。由于冬季是雾霾的高发期, AOD值较高,选取2017年12月3日至6日的一次雾霾过程,廓线结果表明气溶胶主要分布在1.5 km以下,结合当时的风场信息及雾霾期间的气流后向轨迹图,可知此次污染是西北方向污染气团输送导致的。 展开更多
关键词 多轴差分吸收光谱 太阳光度计 溶胶光学厚度 气溶胶消光系数
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MAX-DOAS仪器观测O4吸收对气溶胶参量的敏感性研究 被引量：2
5
作者 牟福生 雒静 李素文 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期59-64,共6页
研究了基于地基差分吸收光谱技术观测的O4吸收反演气溶胶光学参量的敏感性.利用大气辐射传输模型McArtim分析了不同波长、不同气溶胶光学参量(光学厚度、边界层高度、单次散射反照率、非对称因子)对O4吸收(大气质量因子)的影响.结果表明... 研究了基于地基差分吸收光谱技术观测的O4吸收反演气溶胶光学参量的敏感性.利用大气辐射传输模型McArtim分析了不同波长、不同气溶胶光学参量(光学厚度、边界层高度、单次散射反照率、非对称因子)对O4吸收(大气质量因子)的影响.结果表明,大气质量因子对中心波长变化不敏感,气溶胶光学厚度和边界层高度对O4吸收具有重要影响,气溶胶光学厚度从0.1增加到1时,3°仰角测量的大气质量因子减少了28%,边界层高度从0.1 km增加到1 km,3°仰角测量的大气质量因子增加了9.2%.平纬圈观测模式下O4吸收对单次散射反照率和非对称因子具有较好的灵敏度,提供了一种基于地基MAX-DOAS观测O4吸收反演气溶胶光学参量的新方法. 展开更多
关键词 大气探测 多轴差分吸收光谱 敏感性 O4吸收 气溶胶光学参量
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基于MAX-DOAS的上海市区NO_(2)对流层柱浓度研究 被引量：3
6
作者 徐恒 刘浩然 +4 位作者 季祥光 李启华 刘国华 欧金萍 朱鹏程 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2720-2725,共6页
二氧化氮(NO_(2))是大气中的主要污染物之一,在对流层和平流层大气化学中发挥关键作用,不仅参与对流层臭氧的催化形成,而且还有助于气溶胶的生成并导致酸雨等气候灾害,危害人体健康。人为源排放(工业,电厂、交通等排放)的NO_(2)占氮氧... 二氧化氮(NO_(2))是大气中的主要污染物之一,在对流层和平流层大气化学中发挥关键作用,不仅参与对流层臭氧的催化形成,而且还有助于气溶胶的生成并导致酸雨等气候灾害,危害人体健康。人为源排放(工业,电厂、交通等排放)的NO_(2)占氮氧化物排放总量的大部分。传统的监测手段例如卫星遥感技术对对流层底部没有足够的敏感度,原位采样仪器则只能获得近地面的污染物浓度信息。近年来广泛使用的多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)不仅对近地面观测敏感,还拥有时间分辨率高,探测下限低,可以同时监测多种污染物等优点。为了实时监测上海市NO_(2)对流层柱浓度的变化特征,在上海市徐汇区搭设了地基MAX-DOAS仪器,进行了长期的持续观测。分析2019年6月至9月的MAX-DOAS观测数据,发现NO_(2)VCDs(垂直柱浓度)受交通排放影响显著,一般上午9:00左右达到峰值(1.56×10^(16)molec·cm^(-2)),随光照增强浓度降低明显,午后达到最低值(1.21×10^(16)molec·cm^(-2)),傍晚交通排放增强16:00以后浓度再次抬升。工作日早高峰期间的NO_(2)VCDs明显高于周末(高出约11.8%),而周末傍晚NO_(2)VCDs较工作日傍晚大幅上升。将MAX-DOAS观测结果与TORPOMI卫星观测数据对比发现,两个数据具有良好的一致性,相关性系数r为0.87。采用HYSPLIT后向轨迹模型对观测期间500 m高空气团输运后向轨迹进行聚类分析,发现上海市NO_(2)污染受沿海区域污染气团输送影响较大。研究表明,地基MAX-DOAS系统作为一种实时、快速、连续的大气监测手段,可以广泛应用于城市区域污染监测应用中。上海市对流层NO_(2)的观测研究为上海市大气污染防治提供了一定的数据支持。 展开更多
关键词 对流层NO_(2) 地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS) 柱浓度 对流层监测仪
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