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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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

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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

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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QDOAS的多轴差分吸收光谱测量对流层HCHO的研究 被引量：4

6

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

7

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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傅里叶变换在差分吸收光谱技术气体浓度计算中的应用 被引量：8

8

作者 刘前林 王立世 +2 位作者 黄新建 吴艳丹 肖明威 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期2830-2834,共5页

在实际测量得到的气体吸收光谱中,发现大多数气体的吸收光谱具有明显的周期性,而傅里叶变换正是用来寻求信号的频率特征。在加窗的条件下,通过对不同气体的吸收光谱进行傅里叶变换,来寻求光谱信号对应的特征频率。在数据分析过程中,发... 在实际测量得到的气体吸收光谱中,发现大多数气体的吸收光谱具有明显的周期性,而傅里叶变换正是用来寻求信号的频率特征。在加窗的条件下,通过对不同气体的吸收光谱进行傅里叶变换,来寻求光谱信号对应的特征频率。在数据分析过程中,发现这样一个规律:在气体吸收光谱经傅里叶变换后的频谱图中,其对应特征频率的幅值与所测的气体浓度成明显的线性对应关系。因此,提出一种新的差分吸收光谱浓度解析方法,即利用气体吸收光谱傅里叶变换后其对应特征频率的幅值与浓度的关系,建立一种浓度反演计算的线性关系式,从而由气体吸收光谱傅里叶变换后特征频率的幅值直接求出气体的浓度。该方法完全摆脱了差分吸收光谱技术的理论基础,大大减少了光谱分析和气体浓度反演计算的过程,是一种值得进一步去探究的光谱分析方法。 展开更多

关键词 傅里叶变换 差分吸收光谱技术 浓度计算 特征频率

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LED温度波动对差分吸收光谱技术测量NO_2的影响研究 被引量：5

9

作者 凌六一 谢品华 +4 位作者 秦敏 郑尼娜 叶丛雷 李昂 胡仁志 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期2886-2890,共5页

研究了中心波长分别为370nm(近紫外)、452nm(蓝光)和660nm(红光)三种无标准具结构的发光二极管(LED)光源温度波动对差分吸收光谱技术(DOAS)测量NO2的影响。利用温度10℃时的LED灯谱构造NO2吸收谱,将其他温度下测得的LED谱作为灯谱,以此... 研究了中心波长分别为370nm(近紫外)、452nm(蓝光)和660nm(红光)三种无标准具结构的发光二极管(LED)光源温度波动对差分吸收光谱技术(DOAS)测量NO2的影响。利用温度10℃时的LED灯谱构造NO2吸收谱,将其他温度下测得的LED谱作为灯谱,以此得到不同温度波动下的NO2差分光学密度,再拟合NO2差分吸收截面到差分光学密度,结果发现拟合残差的峰-峰值与LED温度波动幅度均近似成线性关系,相关性分别为0.995,0.945和0.989;斜率分别为1.12×10-3,5.25×10-5和7.45×10-4℃-1。拟合结果表明,蓝光LED温度波动对DOAS反演影响最小,基本上不影响探测灵敏度,而近紫外和红光LED温度波动对DOAS测量较为敏感,温度波动会导致探测灵敏度的下降。将温度特性相似的有、无标准具结构的两种蓝光LED的反演结果进行了比较,结果显示标准具结构会大幅度增加温度波动对DOAS反演的影响。 展开更多

关键词 差分吸收光谱技术 发光二极管 温度波动 NO2测量

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差分吸收光谱技术测量氯气的数据处理方法研究 被引量：4

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作者 叶丛雷 谢品华 +4 位作者 秦敏 李昂 凌六一 胡仁志 杨靖文 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期1734-1738,共5页

基于差分吸收光谱(DOAS)技术,结合自主搭建的一套小型便携式DOAS实验系统,开展了对氯气的实验测量。在处理氯气的标准截面时,比较了两种不同的高通数字滤波方法:三角函数滤波和多项式拟合滤波。实验证明采用后一处理方法能够更加准确反... 基于差分吸收光谱(DOAS)技术,结合自主搭建的一套小型便携式DOAS实验系统,开展了对氯气的实验测量。在处理氯气的标准截面时,比较了两种不同的高通数字滤波方法:三角函数滤波和多项式拟合滤波。实验证明采用后一处理方法能够更加准确反演出氯气的浓度。模拟计算的结果显示,采用五阶多项式处理的结果的误差较小;在不同样品池内的测量结果显示,利用该方法测量氯气的线性度达到0.996 1;实际的一条谱的反演结果显示拟合谱与测量谱基本重合,且剩余噪声谱的峰峰值最大值<5‰;给出整个实验过程中可能的误差主要来源。综合以上的实验结果表明,利用DOAS技术采用多项式拟合处理的方法可以实现对于氯气的检测。 展开更多

关键词 氯气 差分吸收光谱技术 多项式拟合 误差来源

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目标差分吸收光谱技术测量大气NO_2平均浓度的方法研究 被引量：2

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作者 刘进 司福祺 +3 位作者 周海金 赵敏杰 窦科 刘文清 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期895-898,共4页

介绍了一种测量近地面大气NO2平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法,即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。该方法基于被动差分吸收光谱技术,测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱,通过差分吸收光谱... 介绍了一种测量近地面大气NO2平均浓度的新方法——目标差分吸收光谱方法,即target DOAS(target difference absorption spectrum technology)。该方法基于被动差分吸收光谱技术,测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱,通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO2浓度沿路径的积分值SCD(slant column density),同时仪器到目标之间的距离已知,并通过选取特定的参考光谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收,最终计算出仪器和目标之间的大气NO2平均浓度。利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验,成功获取了观测地大气NO2浓度。观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对比,二者呈现较好的一致性,验证了该方法的可行性。 展开更多

关键词 二氧化氮 目标差分吸收光谱技术 平均浓度

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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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利用差分吸收光谱系统对O3，SO2和NO2的监测分析 被引量：22

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作者 王东东 朱彬 王静 《环境科学研究》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期650-655,共6页

结合我国对空气质量自动监测系统质量保证的要求及差分吸收光谱（DOAS）技术自身的技术特点，重点讨论了对南京江北地区的大气污染物的DOAS监测数据的质量控制，并对2007年12月—2008年8月ρ（O3），P（SO2）和ρ（NO2）的日、季节变化... 结合我国对空气质量自动监测系统质量保证的要求及差分吸收光谱（DOAS）技术自身的技术特点，重点讨论了对南京江北地区的大气污染物的DOAS监测数据的质量控制，并对2007年12月—2008年8月ρ（O3），P（SO2）和ρ（NO2）的日、季节变化特征进行了分析．结果表明：ρ（O3），p（SO2）和ρ（NO2）小时均值的频率分布峰值分别出现在30～40，20～30和30～40μg／m^3；三者超过《环境空气质量标准》（GB3095-1996）一、二级标准的频率分别为4．37％和1．02％（O3），21．78％和0．89％（SO2），5．65％和0（NO2）；ρ（O3）季节变化十分明显，春季最高；ρ（SO2）和ρ（NO2）的日变化与局地排放源、大气扩散能力和人类活动密切相关；ρ（O3）和ρ（NO2）日变化呈负相关． 展开更多

关键词 差分吸收光谱技术 质量控制 空气污染

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运用傅里叶变换对差分吸收光谱的解析 被引量：4

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作者 刘前林 王立世 黄新建 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1076-1079,共4页

利用差分吸收光谱技术原理,设计了相应的差分吸收光谱监测装置,对环境中存在两种主要污染气体SO2和NO2进行了监测。在对所测光谱进行分析时,提出了用傅里叶变换的信号分析方法来解析上述两种气体的吸收光谱。在光谱分析过程中,主要包括... 利用差分吸收光谱技术原理,设计了相应的差分吸收光谱监测装置,对环境中存在两种主要污染气体SO2和NO2进行了监测。在对所测光谱进行分析时,提出了用傅里叶变换的信号分析方法来解析上述两种气体的吸收光谱。在光谱分析过程中,主要包括光谱信号的去噪处理和慢变化的拟合两大步骤。差分吸收光谱仪所测到的原始光谱经傅里叶变换后,频谱中的低频部分对应的就是原始光谱中的慢变化部分,而噪声谱主要集中在变换后频谱的高频部分,所以可以通过截取一定频率段的频谱后再通过逆傅里叶变换来去除气体吸收光谱中的慢变换部分和噪声部分,进一步处理后可以得到气体的差分吸收光谱,从而反演计算出对应的气体浓度。通过分析比较,该方法是一种新的差分吸收光谱解析方法,可以更好地拟合出原始光谱中的慢变化部分,与此同时,在去除噪声影响,提高信噪比方面有很好的作用。 展开更多

关键词 傅里叶变换 差分吸收光谱技术 信噪比 光谱分析

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结合非对称最小二乘法与傅立叶变换对差分吸收光谱的解析 被引量：1

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作者 刘前林 王立世 黄新建 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期615-618,共4页

在分析差分吸收光谱技术中的光谱时,光谱慢变化部分拟合结果的好坏尤其关键。在光谱处理过程中,提出了结合非对称最小二乘法与傅立叶变换来解析气体吸收光谱的方法。气体的吸收光谱经傅立叶变换后得到其对应的频谱曲线,在频谱的基础上,... 在分析差分吸收光谱技术中的光谱时,光谱慢变化部分拟合结果的好坏尤其关键。在光谱处理过程中,提出了结合非对称最小二乘法与傅立叶变换来解析气体吸收光谱的方法。气体的吸收光谱经傅立叶变换后得到其对应的频谱曲线,在频谱的基础上,借助非对称最小二乘法拟合出频谱中对应于吸收光谱中慢变化部分的基线。根据傅立叶变换的性质,在频谱的函数值上减去所拟合的基线值,达到去除吸收光谱中的慢变化部分的目的;进一步处理得到气体的差分吸收光谱,从而反演出气体浓度;并与传统的光谱处理方法——多项式拟合光谱慢变化的处理结果做了比较,验证了结合非对称最小二乘法与傅立叶变换来解析差分吸收光谱分析方法的可行性和优越性。 展开更多

关键词 差分吸收光谱技术 傅立叶变换 非对称最小二乘法 慢变化拟合

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可调谐二极管激光吸收光谱技术在探测灵敏度上的探讨 被引量：4

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作者 陈志 尚丽平 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期81-81,共1页

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或定量的分析的一种技术方法。在对痕量气体的监测时一般会采取一定的措施去克服直接吸收型... 可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术是利用二极管激光器波长调谐特性,获得被测气体在特征吸收光谱范围内的吸收光谱,从而对污染气体进行定性或定量的分析的一种技术方法。在对痕量气体的监测时一般会采取一定的措施去克服直接吸收型气体传感器的缺陷,提高检测精度。文中概述了TDLAS技术的研究现状,针对近年来国内外出现的基于可调谐二极管激光吸收光谱技术在减小系统干扰,提高探测灵敏度的技术措施,从系统结构处理,调制解调技术,检测装置的处理,检测信号的处理等多个方面作了深入的研讨。 展开更多

关键词 可调谐二极管激光吸收光谱技术 探测灵敏度 多光程吸收 差分吸收 调制解调

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组合式LED宽带光源灯结构对差分吸收光谱反演的影响和扣除方法研究 被引量：2

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作者 郑尼娜 谢品华 +1 位作者 秦敏 段俊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3339-3346,共8页

发光二极管(LED)发射光谱窄限制了差分吸收光谱反演波段,难以实现多种气体的同时测量。采用光纤束组合两种紫外LED形成组合式LED宽带光源,应用于DOAS系统实现大气SO_(2)和O_(3)的同步探测。光谱分析显示两种LED灯谱在280~295 nm处发生叠... 发光二极管(LED)发射光谱窄限制了差分吸收光谱反演波段,难以实现多种气体的同时测量。采用光纤束组合两种紫外LED形成组合式LED宽带光源,应用于DOAS系统实现大气SO_(2)和O_(3)的同步探测。光谱分析显示两种LED灯谱在280~295 nm处发生叠加,275~301 nm有明显的灯结构。该灯结构会随着双峰光强比增加而增强,同时向短波方向漂移。实际测量时,外界环境改变会引起两个LED光谱各自独立变化,且二者发射光谱波段内大气消光存在差异。这将导致大气吸收光谱的双峰光强比不断变化,且与灯谱不一致,二者相除难以抵消灯结构。光谱反演结果显示宽带光源灯结构为参考谱参与拟合无法较好地扣除干扰。为扣除测量时LED光谱独立变化对光谱反演的影响,提出采用各LED独立灯结构作为参考谱参与拟合,结果显示SO_(2)和O_(3)拟合残差分别由1%、6‰降低至4‰左右,扣除效果较好。该方法与避开干扰结构相比,拓宽了SO_(2)和O_(3)的反演波段,SO_(2)和O_(3)吸收峰分别增加了1.75倍和1倍,平均拟合误差分别降低了67.5%和37.3%,测量精度明显提高。SO_(2)和O_(3)测量结果与同时段同地区的传统氙灯长光程DOAS系统比较,结果显示二者保持较高一致性,相关性系数R高于95%。结果表明DOAS反演时组合式LED宽带光源灯结构可以通过各LED独立的灯结构来拟合扣除。 展开更多

关键词 差分吸收光谱技术 组合式LED宽带光源 光谱结构扣除 同步探测

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差分吸收光谱测定北京市冬季大气中的CS_2

19

作者 林艺辉 谢品华 +1 位作者 秦敏 彭夫敏 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期414-418,共5页

2006年2月17-23日在北京市丰台区,利用差分吸收光谱技术（DOAS）对大气中的CS2以及SO2、O3进行连续监测.结果表明,大气中CS2具有明显的日变化特征,日变化曲线存在明显的“双峰”结构,浓度峰值分别出现在早晨7：00-9：00和午夜00：00左右... 2006年2月17-23日在北京市丰台区,利用差分吸收光谱技术（DOAS）对大气中的CS2以及SO2、O3进行连续监测.结果表明,大气中CS2具有明显的日变化特征,日变化曲线存在明显的“双峰”结构,浓度峰值分别出现在早晨7：00-9：00和午夜00：00左右.测量期间CS2最大体积分数达到9.3×10^-9.CS2与SO2日变化趋势基本相同,二者存在较好的相关性.北京市CS2可能主要来源于冬季供暖燃煤、居民用煤和周边地区污染源的贡献. 展开更多

关键词 差分吸收光谱技术(DOAS) CS2 北京市 大气

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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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