基于直射太阳光红外吸收光谱技术的大气中CH4柱浓度遥测研究

为了研究甲烷气体柱浓度探测方法,文中介绍了一种基于直射太阳光红外吸收光谱技术的遥测系统,并利用该系统在合肥地区进行了连续观测。从太阳吸收光谱中实时测量了整层大气透过率;采用逐线积分方法模拟计算了整层大气透过率;基于非线性最小二乘光谱反演算法从实测整层大气透过率中反演了甲烷气体柱浓度和氧气柱浓度,并以氧气柱浓度为内标函数获得了甲烷干空气柱体积混合比,精密度优于2%。将本系统测量的2012年9月25日12时到15时CH4干空气柱体积混合比均值与此时段过境本站点区域的日本温室气体卫星的CH4观测结果进行了比较,两者偏差小于1%。可见,该系统和方法是一种有效的甲烷气体柱浓度探测系统和方法,具有较高精度。     

昼夜观测恒星整层大气透过率测量研究

在昼夜观测恒星测量恒星宽光谱成像信号强度的基础上,首先通过MODTRAN软件结合系统参数、恒星光谱特征研究了宽光谱信标利用Langley法标定大气透过率的标定误差,据此通过标定恒星成像强度得到了整层大气宽光谱透过率;然后,利用大气模式研究了晴朗大气条件下宽光谱大气透过率与激光波段大气透过率的关系,进一步得到了532 nm和1 064 nm的整层大气透过率;最后,将白天时段观测恒星测量的大气透过率与太阳辐射计观测太阳得到的透过率进行了实验对比。结果表明:两种方法得到的大气透过率时间变化趋势一致、大小相仿。在此基础上开展了整层大气透过率的连续观测,获得了整层大气透过率的昼夜连续数据、特别是获取了晨昏时段弱湍流时刻的整层大气透过率数据;文中所开展的工作丰富了整层大气透过率的测量手段,对地基激光工程研究和应用有促进作用。     

针对不同光谱类型恒星的大气透过率仪定标测量研究

介绍了利用夜晚恒星辐射测量整层大气透过率的仪器及定标方法.基于已有的研究工作基础,利用Visual C++6.0开发和完善了整层大气透过率采集程序,使仪器具有自动采集数据功能.利用整层大气透过率测量仪对不同光谱类型的恒星分别进行了测量定标实验,对测量数据进行了分析和处理,得到了六大类光谱恒星在大气层上界的仪器测量值.基于夜晚整层大气透过率测量多目标定标原理,在完成各大光谱类型的恒星辐射定标测量后,就能进行仪器的实时大气透过率测量.     

可见到近红外波段整层大气透过率的测量

通过测量太阳辐射值计算整层大气透过率的方法简单易行且精度高。利用自行研制的整层大气透过率仪测量可见到近红外波段的太阳直接辐射连续光谱,在可靠定标的基础上,推算出实际天气条件下的整层大气光谱透过率。利用Langley-plot方法对整层大气透过率仪进行标定,得到了仪器标定结果和不同时刻整层大气透过率随波长变化的曲线。将计算得到的整层大气透过率与太阳辐射计PGS-100的测量和MODTRAN计算的结果分别进行了比较,发现有较好的一致性,从而证明整层大气透过率仪设计合理,测量数据可靠。     

可见到近红外波段整层大气透过率的测量

通过测量太阳辐射值计算整层大气透过率的方法简单易行且精度高。利用自行研制的整层大气透过率仪测量可见到近红外波段的太阳直接辐射连续光谱,在可靠定标的基础上,推算出实际天气条件下的整层大气光谱透过率。利用Langley—plot方法对整层大气透过率仪进行标定,得到了仪器标定结果和不同时刻整层大气透过率随波长变化的曲线。将计算得到的整层大气透过率与太阳辐射计PGS-100的测量和MODTRAN计算的结果分别进行了比较,发现有较好的一致性,从而证明整层大气透过率仪设计合理,测量数据可靠。     

3.66μm激光外差光谱仪设计与水汽柱浓度反演

激光外差光谱测量技术具有光谱分辨率高、探测灵敏度高、成本低等特点,近年来在温室气体探测、激光大气传输等领域得到了广泛的应用。以3.66 μm 分布反馈式带间级联激光器作为本振光源搭建了一套高分辨率激光外差太阳光谱测量装置,实现了水汽吸收光谱的实时测量,并利用最优估算法对整层大气中的水汽柱浓度进行了反演,得到合肥地区2019年5月22日和23日的水汽柱浓度。反演结果与同步进行观测的傅里叶变换光谱仪EM27/SUN测量结果变化趋势一致,相关性优于0.8,偏差小于15%。研究结果表明,搭建的激光外差测量装置能够实现大气中水汽吸收光谱的实时测量以及水汽柱浓度的精确反演,同时为后续的水汽浓度廓线测量与研究奠定了基础。     

高分五号卫星GMI大气CO2反演方法

二氧化碳(CO2)是大气中重要的温室气体,准确掌握大气CO2的含量及变化可为气候变化预测及环境决策提供支持.为满足气候研究的需求,卫星观测大气CO2柱平均干空气混合比(XCO2)的反演精度需优于1％.搭载于高分五号卫星上的大气主要温室气体监测仪GMI(Greenhouse gases monitoring instru...     

夜间整层大气透过率测量技术研究

分析了夜间利用恒星测量整层大气透过率的原理,研制了用于夜间整层大气透过率测量的设备,该设备能够对高度角大于15 的任意天区内的0~5等恒星在400~750 nm分波段弱辐射大气透过率测量,测量带宽为30 nm。采用自动控制CCD曝光时间的方法获取分波段恒星的弱辐射信号,利用图像反馈模式纠正望远镜追星的误差,实现无人值守自动连续整夜观测。设备定标采用Langley-plot定标方法与多目标星定标方法相结合。测量结果分别与CART和Modtran理论计算值进行了比较,比较结果证明了测量方法的可行性和设备的可靠性。     

基于太阳光谱的FTIR技术监测石油化工区丙烯的浓度分布

介绍了一种基于太阳光谱的傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术实时监测石油化工区丙烯浓度分布情况的新方法和非线性最小二乘法反演污染气体浓度的算法。利用自主研发的车载FTIR系统对预监测污染源区域做闭合环路测量获取背景参考谱、测量谱,同时应用气体辐射传输的简化模型计算得到大气透过率谱,最终应用非线性最小二乘拟合算法对大气透过率谱反演得出污染源区域周边污染气体分布的柱浓度信息。运用此方法实际遥测了上海高桥石油化工区丙烯排放的情况,实验结果显示,测量的丙烯柱浓度分布准确地反应了污染物的排放和扩散情况,证明了车载FTIR技术在区域性污染气体监测方面的实用性。     

国产傅立叶变换红外光谱温室气体在线监测仪及其在大气本底监测中的初步应用

大气温室气体的监测,是掌握温室气体浓度时空变化特征及其影响因素依据。而大气本底监测反映了较大范围内,因人类活动而造成的大气成份长期变化,是温室气体监测的基础数据。大气本底站附近温室气体浓度相对较低,年变化范围小,从而对温室气体连续监测技术精度与稳定性提出了更高的要求。本文基于傅立叶红外技术与WHITE型多次反射池技术方法,研究大气本底温室气体CO2、CH4、N2O超低浓度检测系统。针对CO2、CH4、N2O的分子吸收光谱特征,采用碳化硅作为光源,将测量波段选择在1900-2600区间;采用模拟仿真,模拟不同透过系数和多种气体混合干扰状态下的仪器理论测量精度,根据验证结果,傅里叶红外仪器在CO2、CH4、N2O测量方面表现良好,满足超低浓度温室气体的监测需求。     

地基大气背景红外光谱辐射特性测量

用傅里叶变换红外光谱辐射计(FTIR)在地面测量了较高分辨率(1 cm-1)下的大气向下背景光谱辐射,获得了长波红外5~14μm波段的大气背景辐射光谱。研究了大气背景红外光谱辐射与整层大气透过率的关系。从实验数据中研究了不同波段大气背景辐射随观测天顶角的变化。结果表明:地基大气向下的长波背景辐射亮温随着整层大气透过率的增大而减小;大气背景辐射随观测天顶角增大而增大;在大气窗口区,大气背景辐射随观测天顶角变化较快,在强吸收波段,大气背景辐射随观测天顶角几乎不变化。     

整层大气透过率获取方法研究进展及相关问题探讨

整层大气透过率是反映大气光学特性的一个重要参量,在大气辐射、地球资源遥感、空气质量监测、特别是光电工程等领域,都需要对大气透过率进行深入的研究。文中详细讨论了整层大气透过率的获取原理和方法,分析了不同获取方法的最新进展和存在的相关问题,对比分析了软件仿真计算和直接测量的优缺点,并对后续的研究工作进行了展望。     

利用太阳测量整层大气光谱透过率

简要介绍了利用太阳辐射测量整层大气光谱透过率的实验装置、测量原理和数据处理方法.为得到大气光学参数的实际变化规律,设计了由宽光谱范围的平场凹面光栅和高灵敏度的线阵CCD构成的硬件系统,利用太阳直接辐射测量其连续光谱,使用Langley拟合方法进行定标,通过运算得到了实际天气条件下的大气光谱透过率.将实测结果与现有其他设备的测量数据进行了对比,证明了测量结果的可靠性.     

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。     

天然气激光快速检漏仪

天然气激光快速检漏仪是利用红外吸收光谱原理进行甲烷气体分析的一种仪器。该仪器采用红外3.39μm氦-氖激光器作光源,具有灵敏度高、选择性好、检测速度快等特点。能广泛应用于埋藏在地下管道煤气、天然气泄漏的检测。电源采用直流DC-DC变换器,适用野外作业检测。主要技术指标是:测量样品:CH_4气。当空气CH_4含量超过100PPm时,有声光报     

水气含量对基于QEPAS甲烷气体探测性能的影响

由于气体的湿度对分子振动弛豫有着较大的影响,利用石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)技术作为甲烷气体传感,在实际应用中,空气的水气浓度变化将会使光声测量气体浓度的信号强度发生变化。实验中采用鼓泡法结合湿度计来改变探测气体中的湿度,测量了常压下1.653μm波长处甲烷的二次谐波信号,系统地研究了探测气体中水气浓度的变化对石英音叉Q值、共振频率f0等参数的影响。实验结果表明,水气对基于QEPAS技术甲烷气体传感器的实际应用有着很大的影响,主要表现在甲烷分子振动弛豫和探测系统性能两个方面。当实际大气中绝对湿度为2.34%时,获得的系统最小可探测质量浓度为0.57mg/m3。     

边界层气溶胶类型对中红外光波传输的影响

主要利用MODTRAN5.0分析了2~5μm波段五种类型的边界层气溶胶对整层大气透过率的影响及背景对流层气溶胶对高空上行传输背景下透过率的影响。结果表明:对于2~5μm波段的整层大气,在2.0~2.5μm及3.5~4.0μm波段气溶胶对大气透过率的影响较大,且相同背景下大气能见度越低,气溶胶对大气透过率的影响越大,因此,计算整层大气透过率时不仅需要考虑气溶胶类型对透过率的贡献,同时需要考虑能见度对透过率的影响;对于高空上行传输背景下的大气,绝大多数波段内的透过率随着初始高度的增加而增加,且两种类型下的背景对流层气溶胶下的最大透过率相对不考虑气溶胶时分别降低了9.25%及8.97%,就其绝对偏差而言,计算高层大气透过率时可以不考虑背景对流层气溶胶类型的影响。因此对于地基测量系统需要考虑边界层气溶胶对其辐射的衰减,尤其是能见度较低的时候;对于机载光电系统气溶胶对其能量衰减小,尤其在10 km以上传输高度,且适当地提高初始传输高度可以减小大气对其衰减。     

我国典型地区大气透过率的计算分析

主要分析了我国典型地区(西北地区、沿海地区及大陆地区)在2~12 µm波段整层透过率与标准大气模式(1976年美国标准大气、中纬度夏季及中纬度冬季)的偏差,并比较分析了上述两种大气模式下的6种主要吸收分子透过率偏差。结果表明：使用标准大气模式计算我国典型地区的整层大气透过率存在一定的偏差,引起我国典型地区透过率与标准大气模式偏差较大的原因来自H2O分子。1976年美国标大气模式计算我国沿海及大陆地区整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.40和0.22;中纬度夏季计算我国沿海及大陆地区7月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.31和0.29;中纬度冬季计算我国西北、沿海地区1月份整层大气透过率的最大绝对偏差达到0.1和0.36。采用标准大气模式计算我国典型地区整层大气透过率存在一定的偏差,在计算时我国区域内的大气透过率必须考虑我国的大气模式。     

基于离轴积分腔的海水溶解气体实时检测技术研究北大核心CSCD

海水水合物富集区的特征分析可作为深海可燃冰勘探的重要依据。为了实时分析海水溶解气体,采用离轴积分腔输出光谱技术(ICOS)对利用膜分离获得的溶解气体进行了实时检测。实验搭建了适合深海走航观测的精密光谱分析仪器,并进行了理论分析和实验验证,实验得到CH_(4)的浓度(体积比)探测范围为1.073×10^(−8)∼1×10^(−3),CO_(2)的浓度(体积比)探测范围为3.39×10^(−6)∼1×10^(−2),CH_(4)同位素丰度的测量精度为1.2‰,CO_(2)同位素丰度的测量精度为1.74‰。实验结果表明,系统具有良好的灵敏度和稳定性,可以实现深海连续走航观测。     

长光程差分吸收光谱法测量大气SO2浓度研究

差分吸收光谱技术测量空气中痕量气体浓度时,结果准确性受标准差分吸收截面和仪器函数影响.为此,提出采用多种浓度样气计算差分吸收截面的方法,将测得的差分吸收截面应用于实验室SO2样气的测量,得到SO2气体浓度相对误差为1.67％;现场测量大气中SO2气体浓度最大值为66.73ppb,最小值为12.49ppb,日平均浓度为28.2ppb,符合当地实际.实验表明,该方法能够准确测量大气中SO2气体浓度.