基于MAX-DOAS观测的淮北冬季NO2变化特征

基于2018年12月8日~12月31日淮北地区多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)获得的太阳散射光谱观测数据,反演了该地区NO2对流层柱浓度, 并分析了冬季不同天气下NO$_2$浓度日变化特征。观测结果表明NO2浓度高值出现在12月18日~12月27日期间,日均值最大值6.83×10¹⁶ molecules/cm²出现在12月27日,约为日均值最低值的2.9倍。结合风场轨迹模型研究了不同大气条件下的风场,发现在NO2浓度较低时段主要为 偏北风场, NO2浓度高值时段偏南风场增加,表明城区产生的污染向观测区域进行了输送。将MAX-DOAS结果与OMI卫星结果进行了 对比,发现两者具有较好的一致性(R²=0.88)。     

基于MAX-DOAS的对流层NO2和气溶胶光学厚度遥测反演

随着全球工业化速度加快和人口的增多,大气环境问题日益突出,NO2和气溶胶在大气化学中扮演着重要的角色。地基多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）基于被动DOAS原理,近年来已成功应用于大气痕量气体柱浓度和气溶胶光学厚度（AOD）测量方面。本文基于被动DOAS算法对合肥秸秆燃烧期间NO2柱浓度以及气溶胶光学厚度进行了观测,并把对流层柱浓度和臭氧监测仪(Ozone Monitoring Instrument, OMI)结果进行对比;测量的气溶胶光学厚度和太阳光度计（CE318）进行了对比。结果表明,MAX-DOAS测量结果要高于卫星值,11月6日MAX-DOAS测量NO2柱浓度日均值为OMI的1.9倍;二者在无云条件下一致性较好;MAX-DOAS反演AOD和太阳光度计结果相关性在0.9以上。     

基于MAX-DOAS的大气对流层SO2垂直柱浓度遥测

基于多轴差分吸收光谱技术（MAX-DOAS）获得了对流层SO2垂直柱浓度。采用不同参考谱和不同波段来获得SO2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SO2浓度的两个重要因素,城市和电厂产生的SO2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SO2垂直柱浓度信息,对于探究城市大气对流层SO2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。     

基于多轴差分吸收光谱技术的对流层HCHO柱浓度测量研究

HCHO是城市大气污染物中的重要组分.采用多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2008年夏季对北京上空对流层HCHO斜柱浓度进行了测量,研究了HCHO差分吸收光谱处理算法,考虑了温度和I0效应对气体吸收截面的影响,并对大气Ring效应进行了校正.采用几何近似的方法计算了对流层大气质量因子,并将HCHO斜柱浓度转换成垂直柱浓度,得到了实验期间对流层HCHO的垂直柱浓度时间序列,并且HCHO垂直柱浓度早晚比较低,约在中午最高. MAX-DOAS HCHO垂直柱浓度与GOME-2卫星和SCIAMACHY卫星结果具有较好的相关性.     

基于被动差分吸收光谱技术对重庆市大气污染物区域输送的探测研究

在重庆市大气污染区域输送通道上设置龙市站、超级站、南坪站三个观测站点,利用基于被动DOAS技术的MAX-DOAS地基多轴差分吸收光谱仪对SO2和NO2垂直柱浓度进行连续探测,实时获取两种大气污染物的时空分布和区域性输送过程,并将MAX-DOAS探测结果与当地API数据进行了对比分析。探测结果显示,龙市站、超级站、南坪站NO2垂直柱浓度均值分别为5.90×1015、18.96×1015、17.82×1015molec./cm2,超级站最高,龙市站最低;SO2垂直柱浓度均值分别为16.46×1015、18.35×1015、55.56×1015molec./cm2,南坪站最高,龙市站最低;分析研究表明,NO2受本地交通排放源影响为主,SO2则受周边工业污染源排放的影响较大。     

被动多轴差分吸收光谱技术监测O4斜柱浓度误差修正方法研究

O4斜柱浓度的准确获取,对气溶胶廓线反演具有重要意义。介绍了基于被动多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）监测O4斜柱浓度的误差修正方法,用于准确获取O4斜柱浓度。通过对比30°仰角O4斜柱浓度MAX-DOAS测量结果和大气辐射传输模型模拟结果,获得修正系数,利用修正系数修正各个角度的斜柱浓度值,消除O4吸收截面不准确造成的反演结果误差,提高了O4斜柱浓度精度。研究方法应用于合肥地区O4斜柱浓度的准确监测,为下一步气溶胶廓线精确反演提供了数据支持。     

基于EMI 观测华北平原对流层NO2 的时空变化研究

利用中国科学技术大学开发的 GF-5/EMI 对流层 NO2 柱总量产品, 结合排放清单和地面降水、气温数据, 研 究了 2019 年 1–8 月华北平原对流层 NO2 的时空变化趋势。结果表明, NO2 污染集中在河南省、河北省和天津市, 河 南省焦作市 (1.670×1016 molecules·cm−2) 和河北省石家庄市 (1.426×1016 molecules·cm−2) 尤为严重; 周变化总体呈现“ 反周末效应”, 但部分农业城市趋势相反; 月变化从 1 月 (1.635×1016 molecules·cm−2) 起持续下降, 8 月降至最低水平 (1.839×1015 molecules·cm−2), 与月降水、月气温的相关系数分别为 −0.8622 (p = 0.0059 < 0.01) 和 −0.9162 (p = 0.0014 < 0.01), 与人为生活源月排放的相关系数为 0.9778 (p = 2.69×10−5 < 0.01); 以天津市为代表的华北平原工业城市污染 严重, 在未来大气污染治理中需继续关注。     

被动多轴差分吸收光谱技术监测O4斜柱浓度误差修正方法研究

O₄斜柱浓度的准确获取,对气溶胶廓线反演具有重要意义。介绍了基于被动多轴差分吸收光谱仪（MAX-DOAS）监测O₄斜柱浓度的误差修正方法,用于准确获取O₄斜柱浓度。通过对比30°仰角O₄斜柱浓度MAX-DOAS测量结果和大气辐射传输模型模拟结果,获得修正系数,利用修正系数修正各个角度的斜柱浓度值,消除O₄吸收截面不准确造成的反演结果误差,提高了O₄斜柱浓度精度。研究方法应用于合肥地区O₄斜柱浓度的准确监测,为下一步气溶胶廓线精确反演提供了数据支持。     

EMI 南极臭氧柱总量反演研究

利用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演了我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 的臭氧斜柱浓度 (SCD), 通过 SCIATRAN 辐射传输模型建立了大气质量因子 (AMF) 的查找表, 最终得到 EMI 的臭氧垂直柱浓度 (即 臭氧柱总量)。将 EMI、 OMI 和 TROPOMI 于 2018 年 11 月 2 日获得的南极区域臭氧柱总量进行了对比分析, 三者 均观测到南极中高纬度 (30◦ S∼70◦ S) 的臭氧高值区域与南极内陆 (75◦ S∼90◦ S) 的臭氧低值区域, 且 EMI 与 OMI、 TROPOMI 的臭氧柱总量相关性 (R2) 分别为 0.977 和 0.979。进一步将 EMI 反演的臭氧柱总量与南极长城站 (62.22 S, 58.96 W) 地基天顶散射光差分吸收光谱仪 (ZSL-DOAS) 反演的臭氧柱总量进行对比, 二者相关性 (R2) 为 0.926。     

奥运期间北京对流层NO2柱浓度地基多轴差分吸收光谱仪观测与OMI的对比

利用地基多轴差分吸收光谱仪(multi axis differential optical absorption spectroscopy,MAX-DOAS)在2008年北京奥运期间对奥运场馆附近上空对流层NO2进行监测,并与OMI的测量结果进行对比.结果显示;地基MAX-DOAS的NO2结果比OMI结果高,最高达到了2.4倍;二者在无云条件下得到了比较好的相关性(R=0.64),但在阴雨天气条件下,云的存在使得MAX-DOAS结果与OMI卫星数据产生了很大差别,其相关系数仅为0.19,但与LP-DOAS却有很好的一致性,相关系数为0.92.     

Algorithm for NO/sub 2/ vertical column retrieval from the ozone monitoring instrument

We describe the operational algorithm for the retrieval of stratospheric, tropospheric, and total column densities of nitrogen dioxide (NO/sub 2/) from earthshine radiances measured by the Ozone Monitoring Instrument (OMI), aboard the EOS-Aura satellite. The algorithm uses the DOAS method for the retrieval of slant column NO/sub 2/ densities. Air mass factors (AMFs) calculated from a stratospheric NO/sub 2/ profile are used to make initial estimates of the vertical column density. Using data collected over a 24-h period, a smooth estimate of the global stratospheric field is constructed. Where the initial vertical column densities exceed the estimated stratospheric field, we infer the presence of tropospheric NO/sub 2/, and recalculate the vertical column density (VCD) using an AMF calculated from an assumed tropospheric NO/sub 2/ profile. The parameters that control the operational algorithm were selected with the aid of a set of data assembled from stratospheric and tropospheric chemical transport models. We apply the optimized algorithm to OMI data and present global maps of NO/sub 2/ VCDs for the first time.     

车载多光路DOAS技术探测污染气体垂直柱浓度研究

目前天顶方向的车载单光路（DOAS）系统在解析污染气体柱浓度时,都是以测量得到的斜柱浓度近似代表垂直柱浓度,这在计算通量时会造成一定的误差。结合多轴DOAS思想,研究了车载多光路DOAS技术,即在汽车移动平台上设置了两个不同仰角（90°、30°）的望远镜分别接收天顶散射光,利用DOAS方法解析两个方向的斜柱浓度,并结合大气辐射传输模型计算大气质量因子最终获得垂直柱浓度。相比于目前的天顶方向车载单光路系统,车载多光路DOAS系统具有高灵敏度、低不确定性等优点。利用此系统在淮南某电厂进行了测试实验,得到了电厂区域排放的NO2准确垂直柱浓度分布信息,并与天顶方向的斜柱浓度分布比较,两者在浓度趋势上具有较好的一致性。     

基于中红外量子级联激光器的SO2 和SO3 检测研究

二氧化硫 (SO2) 和三氧化硫 (SO3) 是工业废气排放中的重要物质, 对环境和人体健康危害很大, 但对于他们 在排放过程中的原位-在线测量一直是个挑战。采用可调谐二极管激光吸收光谱 (TDLAS) 技术, 基于 7.16 µm 量子级 联激光器 (QCL) 对 SO2 和 SO3 进行同时检测, 通过波长调制光谱技术提高测量系统的灵敏度和鲁棒性。在高温低压 条件下采用单光程-小体积的气体吸收池利用 TDLAS 同时测量 SO2 和 SO3 的吸收谱线, 测量的 SO2 和 SO3 的吸收 光谱充分分离, 从而确保了测量的准确性。同时, 修正了温度变化对 SO2 气体浓度测量的影响, 并提出了用已知浓度 的 SO2 来定标未知浓度的 SO3 气体。 Allan 方差分析表明, 在 34 s 的积分时间内, SO2 的最小检测限达到了1.98×10−6 cm3·cm−3, SO3 可探测的最低浓度为 1.575 ×10−6 cm3·cm−3。系统的上升响应时间约为 16 s, 下降响应时间约为 18 s。