利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO_2 被引量：14

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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QDOAS的多轴差分吸收光谱测量对流层HCHO的研究 被引量：4

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作者 韦民红 刘诚 +2 位作者 李素文 陈正慧 牟福生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2332-2336,共5页

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... 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, 31°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(NO 2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。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 QDOAS 甲醛 卫星校验 光化学

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多轴差分吸收光谱断层扫描重建烟羽空间分布 被引量：5

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作者 韦民红 童敏明 +1 位作者 李素文 肖建于 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2252-2256,共5页

为了实现烟羽二维空间分布的精确重建,建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同... 为了实现烟羽二维空间分布的精确重建,建立了被动多轴差分吸收光谱断层扫描系统,实现了多台被动多轴差分吸收光谱系统对废气烟羽空间分布的测量。首先,介绍了多轴差分吸收光谱系统及其反演气体浓度的机理。接着,使用代数迭代算法对不同的重建模型,采用不同的扫描光路进行了重建模拟,并设计了重建程序。然后,对数值模拟仿真结果进行了分析比较。最后,搭建了多轴差分吸收光扫描系统平台,进行了外场试验。数值模拟的结果显示:MAX-DOAS层析技术能精确的重建出烟羽模型的二维空间分布,四光源光路的重建误差约是双光源光路重建误差的三分之一,四光源重建时间约是双光源重建时间的四分之一,且双峰模型的重建误差大于单峰模型的重建误差。外场试验的结果显示:重建图像的积分数据与多轴差分吸收光谱测得的投影数据是一致的,说明重建出的烟羽空间分布符合实际情况。研究表明,数值模拟的结果与外场试验的结果具有一致性。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 断层扫描 代数重建算法 烟羽

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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

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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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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

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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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基于多轴差分吸收光谱技术的合肥地区气溶胶观测研究 被引量：2

6

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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多轴差分吸收光谱技术对冬季大气HONO垂直分布特征研究 被引量：2

7

作者 田鑫 任博 +10 位作者 谢品华 牟福生 徐晋 李昂 李素文 郑江一 李晓梅 任红梅 黄骁辉 潘屹峰 田伟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期2039-2046,共8页

HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源,影响着大气中污染物的氧化降解,控制着对流层大气的自净能力,对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用,同时受污染排放特征、垂直传输和混合、非均相反应和大气光氧化等影响,HONO具有明显的垂直... HONO作为大气OH自由基的前体物和重要贡献源,影响着大气中污染物的氧化降解,控制着对流层大气的自净能力,对灰霾和光化学烟雾形成起到重要作用,同时受污染排放特征、垂直传输和混合、非均相反应和大气光氧化等影响,HONO具有明显的垂直分布特征,因此探究大气中HONO的垂直分布特征对于了解大气灰霾和光化学污染的形成和控制都十分重要。MAX-DOAS作为一种被动遥感技术,能够快速有效地获取大气中污染物的立体分布特征。采用MAX-DOAS仪器对合肥市科学岛2017年12月冬季大气HONO和NO_(2)进行了立体探测,通过基于最优估算的气溶胶和痕量气体廓线反演算法PriAM获取了两种气体的垂直分布特征。研究结果表明,在观测期间NO_(2)在近地面10 m内体积混合比(VMR)和垂直柱浓度(VCD)的范围分别在0.51×10^(11)~20.5×10^(11)molecules·cm^(-3)和6.0×10^(15)~5.5×10^(16)molecules·cm^(-2),在垂直方向上其浓度主要集中在1 km内,且在近地面浓度混合均匀。HONO的VMR和VCD分别在0.03×10^(10)~5.1×10^(10)molecule s·cm^(-3)和3.5×10^(14)~7.0×10^(15)molecules·cm^(-2)之间,浓度高值出现在100 m内,浓度随高度的升高而明显下降。通过对HONO和NO_(2)的对比发现,HONO/NO_(2)比值在0.17%~16.0%(VMR)和1.0%~25.0%(VCD)之间,表明研究期间HON O主要来自于NO_(2)的转化。对冬季一次典型污染过程(2017.12.26—2017.12.31)分析,HONO/NO_(2)的比值大于5%,且HONO的浓度值升高(大于0.26×10^(11)molecule s·cm^(-3)),表明污染条件下NO_(2)向HONO的转化作用变强。结合风场信息研究发现,污染期间研究区域的NO_(2)和HONO浓度受到合肥市城区、安徽北部和西北部地区传输的影响。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 二氧化氮 气态亚硝酸 垂直分布 反演算法

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基于多轴差分吸收光谱技术测量对流层HCHO垂直分布 被引量：9

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作者 田鑫 徐晋 +5 位作者 谢品华 李昂 胡肇焜 李晓梅 任博 吴子扬 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2325-2331,共7页

甲醛(HCHO)在大气光化学反应中扮演着重要的角色,是一种重要的气溶胶前体物和光化学氧化指示剂。大气中HCHO的来源主要是直接排放和光化学反应生成。大气光化学反应与太阳辐射强度密切相关,一般来说,太阳辐射强度越强,大气光化学反应越... 甲醛(HCHO)在大气光化学反应中扮演着重要的角色,是一种重要的气溶胶前体物和光化学氧化指示剂。大气中HCHO的来源主要是直接排放和光化学反应生成。大气光化学反应与太阳辐射强度密切相关,一般来说,太阳辐射强度越强,大气光化学反应越剧烈, HCHO的二次来源产率也就越高。故针对HCHO的研究成为当今大气环境研究的一个重要课题。介绍了基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)获取对流层HCHO垂直柱浓度(VCD)及垂直廓线的反演算法。该方法是基于非线性最优估算法的两步反演方法,首先反演气溶胶垂直廓线,然后在此基础上反演HCHO垂直廓线。其中第二步气体廓线反演时,气溶胶廓线线型会影响气体廓线反演的权重函数从而影响气体垂直廓线反演的精度,为此,研究了三种不同气溶胶廓线类型(指数型、高斯型和玻尔兹曼型)对HCHO垂直廓线反演的影响。结果表明,在三种气溶胶廓线类型条件下,当气溶胶光学厚度(AOD)为0.1时,气体反演的总误差、平均核的包络线、灵敏高度上限、自由度以及HCHO垂直廓线结果都比较接近,即气溶胶廓线类型对HCHO垂直廓线反演的影响很小。而对于200 m以下(含200 m)的近地面,通过指数型、高斯型和玻尔兹曼型气溶胶廓线获取的HCHO体积混合比(VMR)与真实HCHO VMR的差异分别为36.89%,-0.04%和23.30%,表明使用指数型和玻尔兹曼型气溶胶廓线类型反演HCHO垂直廓线会高估近地面HCHO浓度,而高斯型气溶胶廓线类型则正好相反。此外,还反演了北京国科大站点一次污染过程中HCHO的垂直廓线,分析了污染过程中HCHO的垂直分布特征。结果表明, HCHO主要集中在1.0 km以下且一天中高值出现在午后,主要来自于本地产生,即西南风将污染的VOCs气团带到观测点,经过本地的光化学反应产生HCHO而积累,造成了此次HCHO浓度升高。结合气流后向轨迹分析,来自站点西南方向的输送是引起HCHO污染的重要原因。故观测站点的HCHO主要受污染输送和二次氧化的影响。最后对比了此次污染过程中不同气溶胶条件对HCHO廓线反演的误差影响。结果显示,气溶胶浓度高时,反演的灵敏高度和自由度下降,反演的高度分辨率下降,且反演总误差增加。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 HCHO垂直分布 反演算法 气溶胶廓线类型 污染过程

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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 被引量：4

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作者 刘浩然 胡启后 +4 位作者 谈伟 苏文静 陈羽佳 朱一芝 刘建国 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期11-19,共9页

二氧化氮(NO2)在大气光化学中发挥着重要作用,不仅参与了对流层臭氧(O3)的催化生成,同时也能促进生成二次气溶胶。NO2作为交通运输和工业过程中的重要排放产物,通常也被视为一种评估人为污染源排放的指示物,因此,开展城市NO2分布与排放... 二氧化氮(NO2)在大气光化学中发挥着重要作用,不仅参与了对流层臭氧(O3)的催化生成,同时也能促进生成二次气溶胶。NO2作为交通运输和工业过程中的重要排放产物,通常也被视为一种评估人为污染源排放的指示物,因此,开展城市NO2分布与排放研究对于城市大气污染管控与治理具有重要意义。2018年1月和2月期间,基于车载多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)对衡水市区开展了4次走航观测实验,获取了衡水市区环城路上对流层NO2垂直柱浓度(VCD)的空间分布,其浓度范围为0.89×10^15~56.33×10^15 molecule·cm^-2,均值在22.42×10^15~30.20×10^15 molecule·cm^-2。观测结果表明衡水市NO2污染源主要分布在城外东南方向的工业聚集区,以及市区环城路东部的立交桥路段;而城市西部和北部则较为干净,当风场来自该区域会对污染源区起到一定的清洁作用,可使源区NO2浓度降低20%以上。航测期间进行了站点对比观测,综合两者的观测结果评估了衡水市东部污染区域的相对贡献,其NO2含量比西部洁净区域高出了30.1%~61.9%、贡献值高7.89×10^15~13.32×10^15 molecule·cm^-2。将NO 2城市分布与WRF模式模拟的气象数据相结合,可计算出目标区域的NO2本地排放通量为0.86×10^24 molecule·s^-1,该结果相对较低,一方面说明衡水市区相对于其他研究区域,其NO2污染源并非在集中在市区内部;另一方面是因为本次实验研究区域的面积仅有50 km^2,远小于其他研究的城市区域范围。对于实验测得的衡水市区输出总通量,其中96.16%来源于外部传输,3.84%为本地排放造成,进一步证明了衡水市NO2主要污染源位于城外。通过实验期间衡水市区的后向轨迹气团与OMI卫星的NO2平均结果可看出,衡水市除城市东部和东南部的本地污染源外,也受到了北部的保定、廊坊和西北部的石家庄等地的污染传输影响。总体来看,车载多轴差分吸收光谱技术对于城市NO2等污染气体的源区确认、污染贡献评估和排放通量计算方面有较出色的应用前景。 展开更多

关键词 车载多轴差分吸收光谱技术 NO2 空间分布 排放通量

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地基多轴DOAS仪器的NO_2斜柱浓度对比研究 被引量：2

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作者 徐晋 谢品华 +5 位作者 司福祺 李昂 窦科 刘文清 Yugo Kanaya Hitoshi Irie 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期558-564,共7页

介绍了两台地基多轴DOAS仪器测量的NO2斜柱浓度的对比研究。利用日本海洋研究开发机构的一套多轴DOAS设备在2009年11月—12月31日期间16d的观测数据,与安光所自主研发的一套多轴DOAS设备测量的NO2差分斜柱浓度进行了对比。通过对比发现... 介绍了两台地基多轴DOAS仪器测量的NO2斜柱浓度的对比研究。利用日本海洋研究开发机构的一套多轴DOAS设备在2009年11月—12月31日期间16d的观测数据,与安光所自主研发的一套多轴DOAS设备测量的NO2差分斜柱浓度进行了对比。通过对比发现,采用自动调整积分时间的方法,与固定积分时间的设置相比仪器具有更高的信噪比;两套仪器的反演结果在小角度下具有比较好的一致性,相关系数高达0.995,但随着角度的增大相关性逐渐变差。在9点至16点时段内相对偏差较小,其中20°方向的结果最为接近,最小偏差仅有12%,但在9点前和16点后二者偏差增大。日方仪器在可见波段的反演结果明显好于紫外波段,反演中的剩余噪声减小了60%以上,同时在可见波段的差分斜柱浓度的计算结果与我们的多轴DOAS在紫外波段的计算结果在全天都具有非常好的一致性。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱技术 差分斜柱浓度 对比

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地基MAX-DOAS系统获取大气水汽垂直柱浓度方法研究

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作者 周闯 张琦锦 +2 位作者 李素文 雒静 牟福生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2395-2400,共6页

水汽在大气水循环中起着重要的作用,决定全球的云分布,其浓度的变化影响降水发生频率。降水是影响气候和环境的重要因子,开展准确获取大气水汽浓度是环境气候研究中一个极其重要的课题。多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)是一种快速、准... 水汽在大气水循环中起着重要的作用,决定全球的云分布,其浓度的变化影响降水发生频率。降水是影响气候和环境的重要因子,开展准确获取大气水汽浓度是环境气候研究中一个极其重要的课题。多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)是一种快速、准确获取大气痕量气体浓度的遥测方法。由于其稳定、实时在线、多组分同时监测和非接触测量等优势,该技术逐步成为反演大气水汽垂直柱浓度的新方法。针对水汽的吸收峰波段范围窄,浓度较高时会出现饱和吸收效应,构建了地基MAX-DOAS水汽垂直分布探测系统,开展了精确获取水汽垂直柱浓度的反演算法研究,并以淮北为研究地点获取了水汽垂直柱浓度。反演过程中,选取天顶方向采集的当圈太阳光谱作为参考谱,根据DOAS算法反演得到其他仰角水汽差分斜柱浓度(dSCD),最终解析出水汽的垂直柱浓度(VCD),其中大气质量因子(AMF)通过几何近似法获得。为了降低其他气体的干扰影响,实验前对比分析了不同波段反演水汽差分斜柱浓度的反演误差,确定最优反演波段433~452 nm。于2023年2月24日至2023年4月2日在淮北地区开展连续观测。实验结果表明:监测期间淮北地区水汽浓度具有早晚高中午低的V型日分布特征。将观测的水汽垂直柱浓度结果和欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA5再分析日值数据进行相关性分析,二者具有较好的一致性(R=0.95)。分析监测期间风速、风向与H_(2)O VCD分布关系,发现当风向在60°附近且风速小于5 m·s^(-1)时,H_(2)O VCD呈现升高的趋势。在污染阶段,小风速和较高水汽浓度是普遍存在的特征。研究表明,搭建的地基MAX-DOAS系统在蓝光波段可对水汽垂直柱浓度进行有效监测,为反演大气水汽垂直柱浓度提供了一种有效的技术手段。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱技术 水汽 垂直柱浓度 最优反演波段 淮北地区

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被动多轴DOAS技术污染气体垂直柱浓度反演方法研究 被引量：15

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作者 付强 刘文清 +2 位作者 司福祺 张英华 谢品华 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1216-1220,共5页

介绍了基于太阳散射光的多轴被动差分吸收光谱技术与系统及其在大气污染气体垂直柱浓度监测中的应用.实验中利用夫琅和费光谱作为参考光谱,同时将Ring光谱作为一种吸收结构参与拟合去除太阳光谱中的夫琅和费结构和Ring效应对测量结果的... 介绍了基于太阳散射光的多轴被动差分吸收光谱技术与系统及其在大气污染气体垂直柱浓度监测中的应用.实验中利用夫琅和费光谱作为参考光谱,同时将Ring光谱作为一种吸收结构参与拟合去除太阳光谱中的夫琅和费结构和Ring效应对测量结果的影响,并结合辐射传输模型将污染气体斜柱浓度转换为垂直柱浓度,通过"好运北京"奥运限车期间与OMI卫星的对比实验一致得出限车期间NO2有约20%的下降,证实了本方法的可行性. 展开更多

关键词 被动差分吸收光谱技术 多轴 垂直柱浓度 Ring效应

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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

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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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上甸子区域大气本底站NO 2柱浓度光谱反演及其变化特征 被引量：3

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作者 程巳阳 马建中 +5 位作者 周怀刚 靳军莉 刘岩 董璠 周礼岩 颜鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期3470-3475,共6页

为了探究京津冀本底浓度地区NO_2 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NO_2 柱浓度反演研究。在NO_2 的405～430nm特征谱段进行了定量光谱解析,并通过... 为了探究京津冀本底浓度地区NO_2 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NO_2 柱浓度反演研究。在NO_2 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NO_2 对流层垂直柱浓度(VCD_(trop))。观测期间NO_2 VCD_(trop)平均值和最大值分别为5.43×10^(15)和7.15×10^(16) molec·cm^(-2)。NO_2 VCD_(trop)日均值浓度水平较低,但总体上有上升趋势。NO_2 VCD_(trop)变化过程与风速风向关系密切:西南风时风速越小NO_2 VCD_(trop)越低,东北风对NO_2 VCD_(trop)有扩散稀释作用。NO_2 VCD_(trop)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NO_2 VCD_(trop)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。NO_2 VCD_(trop)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NO_2 VCD_(trop),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。 展开更多

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

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基于MAX-DOAS测定大气紫外波段水汽的吸收及其对DOAS反演影响的评估

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作者 任红梅 李昂 +11 位作者 胡肇焜 谢品华 徐晋 黄业园 李晓梅 钟鸿雁 张海蓉 田鑫 任博 郑江一 王帅 柴文轩 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期3314-3320,共7页

大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低,然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动光学遥感技术,可以同时反演气溶胶、多种痕量气体(如NO_(2),SO_(2),HCHO,HONO等)以及水汽,常用于... 大气水汽的吸收强度从微波区域到可见蓝光区域逐渐降低,然而在紫外波段的吸收却经常被人忽略。多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)技术是一种被动光学遥感技术,可以同时反演气溶胶、多种痕量气体(如NO_(2),SO_(2),HCHO,HONO等)以及水汽,常用于区域大气立体分布及输送监测,具有成本低、时间分辨率高、稳定、可实时监测等特点。水汽是一种重要的温室气体,在紫外波段反演一些痕量气体时水汽的吸收经常不被考虑,可能对紫外波段痕量气体的反演造成影响,从而产生系统误差。介绍了基于MAX-DOAS对紫外波段大气水汽的反演,于2020年6月1日—9月24日在西安乾县进行观测,通过选取最优反演波段,并将反演结果与可见蓝光波段的水汽进行对比,证实了紫外波段存在水汽吸收,评估了紫外水汽的吸收对同波段痕量气体反演的影响。首先,根据不同拟合波段反演的水汽均方根误差(RMS)以及水汽和O_(4)的吸收截面情况,选取紫外和可见蓝光波段水汽的最优反演波段分别为351~370和434~455 nm。其次,通过DOAS拟合得到紫外和可见蓝光波段O_(4)和H_(2)O的对流层差分斜柱浓度(DSCD),分别将紫外和可见波段的O_(4)DSCD和H_(2)O DSCD做相关性分析,两个波段O_(4)DSCD的相关系数r=0.85,H_(2)O DSCD的相关系数r=0.80。为消除不同波段的辐射传输差异,将同波段的H_(2)O DSCD和O_(4) DSCD作比值,两个波段H_(2)O DSCD/ODSCD的相关系数r=0.89。紫外和可见蓝光波段H_(2)O DSCD/O_(4) DSCD的高相关系数表明,即使在相对沿海城市水汽浓度较低的西安市,在363 nm附近的紫外波段同样存在水汽吸收,这将会对采用DOAS技术在紫外波段反演其他痕量气体造成影响。最后,分别对可能受紫外波段水汽吸收影响的气体(O_(4),HONO和HCHO)进行DOAS反演误差评估,紫外波段水汽的吸收将使O_(4) DSCD,HONO DSCD以及HCHO DSCD在DOAS拟合过程中增加,分别对应于+1.16%,+8.55%和+9.04%的变化。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 紫外波段 水汽 误差评估

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基于MAX-DOAS的被动光谱测量重庆地区HCHO的研究 被引量：2

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作者 刘国华 李启华 +3 位作者 欧金萍 徐恒 朱鹏程 刘浩然 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期243-247,共5页

甲醛(HCHO)对人体、气候、环境影响巨大,也是大气光化学反应的重要中间产物。重庆市作为我国西南工业重地,是全国人口最多、面积最大的直辖市。其以燃煤为主的能源结构与环保设施的落后,以及特殊的地形与气候特征,导致空气污染极为严重... 甲醛(HCHO)对人体、气候、环境影响巨大,也是大气光化学反应的重要中间产物。重庆市作为我国西南工业重地,是全国人口最多、面积最大的直辖市。其以燃煤为主的能源结构与环保设施的落后,以及特殊的地形与气候特征,导致空气污染极为严重。因此研究重庆地区大气中的甲醛浓度变化规律,具有重要意义。于2018年12月,在中国重庆市江北区凤凰座区域搭建了地面多轴差分吸收光谱监测系统(MAX-DOAS)。结合光谱处理软件QDOAS利用非线性最小二乘拟合算法反演甲醛的差分斜柱浓度(DSCD),并通过几何近似的方法得到大气质量因子(AMF),然后将甲醛的斜柱浓度(SCD)转换为柱浓度(VCD)。分析显示,甲醛的日平均变化和周平均变化相似。甲醛VCD的最小和最大平均浓度值分别为0.982×10^(16)和9.221×10^(16) molecule·cm^(-2)。其平均日变化较为明显,表现为早晚较高,中午最低。从甲醛VCD的平均周变化可以看出,基本趋势与平均日变化基本一致。周一整体偏低,周二中午出现明显高值,但无明显的周末效应,也没有任何明显的周循环。对比地基MAX-DOAS测量数据与(臭氧监测仪器)卫星产品TROPOMI观测值,二者的一致性较好,且相关系数为0.84。但是,TROPOMI观测值平均比MAX-DOAS的甲醛VCD低21.5%。研究表明,地基MAX-DOAS可以对城市区域污染气体如甲醛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,也可以对卫星数据来源进行有效校验。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱 甲醛 卫星校验 重庆

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基于MAX-DOAS观测的鹤山地区对流层甲醛廓线反演研究

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作者 钱园园 罗宇涵 +7 位作者 周海金 窦科 常振 杨太平 奚亮 汤付颖 徐自强 司福祺 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1781-1788,共8页

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... 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。MAX-DOAS技术可实现对流层甲醛VCD的实时监测,可作为验证星载观测结果的一种重要手段,结合最优估计算法,MAX-DOAS技术还可以实现对流层甲醛廓线的反演。 展开更多

关键词 多轴差分吸收光谱技术 对流层甲醛 最优估计算法 鹤山 卫星校验

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新疆干旱区城市对流层NO_2垂直柱浓度的时空分布 被引量：2

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作者 马雯 李艳红 刘岩 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期1131-1134,1139,共5页

基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS),分析2014年3月至2016年2月新疆干旱区城市(中等城市库尔勒市和小城市博乐市)对流层NO2垂直柱浓度(VCD)变化规律、分布特征及其影响因素。结果表明:(1)新疆干旱区城市对流层NO_2 VCD采暖期是非采... 基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS),分析2014年3月至2016年2月新疆干旱区城市(中等城市库尔勒市和小城市博乐市)对流层NO2垂直柱浓度(VCD)变化规律、分布特征及其影响因素。结果表明:(1)新疆干旱区城市对流层NO_2 VCD采暖期是非采暖期的4倍左右,且有显著的季节特征,表现为冬季>秋季>春季>夏季,库尔勒市的对流层NO_2 VCD年均值大于博乐市,两市对流层NO2VCD日变化峰值在8:00(冬季峰值在9:00)和20:00左右,且晚上的峰值高于早上;(2)库尔勒市和博乐市的对流层NO_2 VCD高值分别达到2.540×1015~4.450×1015、1.630×1015~2.620×1015 molec/cm^2,高值区均集中在商业、工业区,对流层NO_2 VCD低值分别为2.300×1014~1.920×1015、6.000×1014~1.390×1015 molec/cm^2,低值区均集中在居民区、学校周边;(3)库尔勒市和博乐市对流层NO_2 VCD对气象因子有不同程度的响应,其与气压呈正相关,与气温、相对湿度、云量和风速呈负相关。 展开更多

关键词 NO2垂直柱浓度 对流层 干旱区城市 地基多轴差分吸收光谱仪

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新疆大中小城市夏季对流层NO2垂直柱浓度变化特征 被引量：2

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作者 马雯 李艳红 王盼盼 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2195-2199,共5页

利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX—DOAS),选择新疆乌鲁木齐、库尔勒、博乐市具有代表性的大中小城市,于2014年6—8月对其市区、工业区、农田区的对流层NO_2浓度进行观测。结果表明:(1)大中小城市夏季大气对流层NO_2垂直柱浓度的日变化... 利用地基多轴差分光谱仪(Mini MAX—DOAS),选择新疆乌鲁木齐、库尔勒、博乐市具有代表性的大中小城市,于2014年6—8月对其市区、工业区、农田区的对流层NO_2浓度进行观测。结果表明:(1)大中小城市夏季大气对流层NO_2垂直柱浓度的日变化有波峰和波谷的波动,其峰值在大中小城市中有所差异,表现为乌鲁木齐(7.590×10^(15)molec·cm^(-2))>库尔勒(7.559×10^(15)molec·cm^(-2))>博乐(3.578×10^(15)molec·cm^(-2));(2)大中小城市夏季大气对流层NO_2垂直柱浓度大小与城市地表条件差异有关,尤其与观测区的车流量有密切关系,表现为市区(4.643×10^(15)molec·cm^(-2))>工业区(4.469×10^(15)molec·cm^(-2))>农田区(2.425×10^(15)molec·cm^(-2));(3)不同天气条件下大中小城市大气对流层NO_2的垂直柱浓度特征为雨天(3.082×10^(15)molec·cm^(-2))时浓度最小,说明降水对NO_2的浓度具有重要的影响。 展开更多

关键词 对流层NO2垂直柱浓度 夏季 大中小城市 地基多轴差分吸收光谱仪

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天山南北绿洲城市郊区冬季NO_2垂直柱浓度的变化研究

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作者 马雯 李艳红 王盼盼 《环境污染与防治》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期71-73,100,共4页

为研究天山南北绿洲城市郊区冬季NO_2垂直柱浓度(VCD)的变化特征,选择乌鲁木齐郊区三道坝镇、博乐郊区84团和库尔勒郊区西尼尔镇为观测站点,采用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX DOAS)观测NO_2VCD。结果表明:(1)天山南北绿洲城市郊区冬季NO_... 为研究天山南北绿洲城市郊区冬季NO_2垂直柱浓度(VCD)的变化特征,选择乌鲁木齐郊区三道坝镇、博乐郊区84团和库尔勒郊区西尼尔镇为观测站点,采用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX DOAS)观测NO_2VCD。结果表明:(1)天山南北绿洲城市郊区冬季NO_2VCD呈早晚双峰型,峰值出现在9:00和18:00,3地平均NO_2VCD早、晚峰值分别为(8.361±5.105)×10^(15)、(8.590±3.298)×10^(15) molec/cm^2;(2)通过对NO_2VCD和云量的二次曲线拟合,发现云量大于0.3%时,NO_2VCD与云量呈正相关;(3)月均NO_2VCD呈现三道坝镇>84团>西尼尔镇,三道坝镇与西尼尔镇、三道坝镇与84团的NO_2VCD差异显著。 展开更多

关键词 NO2 垂直柱浓度 绿洲城市郊区 地基多轴差分吸收光谱仪

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