基于OMI卫星数据结合车载DOAS技术修正的NOx排放通量估算

与搭载在EOS AURA卫星上的OMI（Ozone Monitoring Instrument）探测器相比,由车载被动差分吸收光谱（differential optical absorption spectroscopy,DOAS）技术获得的NO2柱浓度数据空间分辨率更高,因而能够更准确的反映出NO2时空分布情况,利用OMI NO2 Level2数据产品重构2013年6月石家庄及周边区域的NO2柱浓度分布,结合风场数据分析NO2柱浓度沿风场方向的空间分布,同时,使用车载被动DOAS系统对西南通道即石家庄-保定-北京路段进行走航观测,获取车载DOAS NO2柱浓度分布数据,使用指数修正高斯（exponentially-modified Gaussian,EMG）拟合方式,分别拟合OMI NO2 数据和经过地基DOAS数据修正后的OMI NO2 数据得到NOx排放通量分别为195.8 mol/s、160.6 mol/s。经过地基DOAS数据修正的NOx排放量小于卫星估算值,可能是由于卫星的空间分辨率较低导致的。     

DTF型太阳光度计测量大气光学参数的对比验证及误差分析

DTF型系列太阳光度计在合肥地区测量大气气溶胶光学厚度(AOT)和可降水量(PWV),并与其它测量仪器进行对比验证,各仪器之间测量结果日变化趋势具有很好的一致性.对比分析结果显示:太阳光度计之间测量气溶胶光学厚度和可降水量的均方根误差都在8％以内;太阳光度计测量的可降水量与微波辐射计测量的水汽含量进行对比,均方根误差约5％.通过对比验证和误差分析,DTF型太阳光度计测量AOT和PWV具有较高的可靠性.     

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。     

2014年春季天津近岸大气气溶胶光学特性观测分析

气溶胶光学性质对于气候、环境以及卫星遥感具有重要意义。利用CE317太阳光度计定点观测了天津近岸2014年3~5月气溶胶光学数据,分析了渤海湾近岸地区春季气溶胶光学特性。结果表明：气溶胶光学厚度（aerosol optical depth , AOD）光谱基本满足Angstrom关系;AOD日变化基本有三种变化趋势：上升型、平稳型、下降型;春季440 nm波段AOD均值为0.776,Angstrom指数α均值为1.011,浑浊度系数β均值为0.344。将该结果与黄海近岸的青岛地区进行了比较分析,表明了气溶胶光学性质的区域性。     

基于MAX-DOAS 的淮北地区NO2柱浓度观测研究

基于多轴差分吸收光谱技术 (MAX-DOAS) 反演 NO2 柱浓度的方法, 构建了相应的地基 MAX-DOAS 系统, 开 展了 NO2 柱浓度变化特征的观测。反演中选取天顶方向的光谱作为参考光谱, 通过非线性最小二乘法反演出 NO2 斜柱浓度 (SCD), 结合不同观测方向的斜柱浓度得到 NO2 差分斜柱浓度 (dSCD), 再利用几何近似法得到大气质量 因子 (AMF), 最终获取 NO2 垂直柱浓度 (VCD)。于 2019 年 6 月至 2020 年 5 月在淮北地区开展了为期一年的外场 实验, 研究结果表明淮北地区 NO2 VCD的月均值在观测期间内呈现倒“U”型变化, 在 12 月份达到最高值 2.13×1016 molecules·cm−2, 在 8 月份达到最低值 5.23×1015 molecules·cm−2。将 MAX-DOAS 观测结果的日均值与 OMI 卫星 (云 系数分别为 0 < FeC ≤ 0.1 和 0 < FeC ≤ 0.3) 测量结果进行对比, 发现两者具有较好的相关性 (R2 = 0.88, R2 = 0.90), 表明 MAX-DOAS 不仅可以准确反演出 NO2 垂直柱浓度, 还可以验证卫星数据。     

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。     

激光雷达测量大气气溶胶光学厚度方法研究

介绍一种激光雷达常数标定和气溶胶光学厚度(AOD)测量的新方法.利用太阳辐射计,获得大气气溶胶的光学厚度,激光雷达可以获得35～40 km高度的回波信号,在这一高度区间可忽略气溶胶的存在,大气模式可以提供大气分子散射系数,根据激光雷达方程计算出激光雷达常数.反之,标定激光雷达常数后,根据激光雷达方程,以激光雷达35～40 km的大气分子后向散射回波信号来确定气溶胶的光学厚度.激光雷达测量结果与太阳辐射计的测量结果一致性较好,说明该方法是可行的.这种新方法既可以用于白天的气溶胶光学厚度测量,也可以用于夜间测量.     

船载激光雷达观测青岛海域气溶胶光学性质实验研究

研制了一套能连续探测海洋大气气溶胶光学性质垂直分布的船载小型米散射激光雷达系统,用该系统于2015年5月和9月在青岛海域开展了海洋大气气溶胶观测实验.以同船搭载的Microtops II型手持式太阳光度计同步测量得到的气溶胶光学厚度作对比数据,比较了两种仪器的气溶胶光学厚度测量结果,得到观测海域柱平均激光雷达比为32.4sr,标准偏差4.6sr.由Fernald方法得到了实验海域夏季15 km以下的气溶胶消光系数廓线.连续观测实验表明研制的船载米散射激光雷达结构紧凑,易于在船载平台操作,能对海洋大气气溶胶的光学特性进行连续有效的高时空分辨率廓线测量.     

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.     

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。     

利用CE318太阳光度计资料反演合肥气溶胶光学特性

利用2012年9月~2014年8月年合肥市西北郊的CE318型太阳光度计观测资料,分析了合肥地区气溶胶光学厚度(AOD)和Angstrom波长指数()的时间变化特征。结果表明,合肥地区AOD全年较高,2012年9月~2013年8月和2013年9月~2014年8月两个时段的年平均值分别为0.600.15和0.730.23。春季受沙尘天气影响气溶胶波长指数最小,秋季受西北高空气团影响AOD最低。研究了AOD和大气水汽含量之间的关系,结果表明AOD和大气水汽含量呈正相关关系。利用Hysplit风场轨迹模型对各个季节的风场进行了研究,合肥春季主要受西北气流(约42%)影响,夏季风场主要受偏南风场(约50%)影响,秋季受北风风场(约39%)影响较大,冬季受西北高空气团影响较大。CE318和MODIS对比结果表明,两者具有较好的一致性,相关系数在0.7以上。     

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。     

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.     

奥运期间北京某工业区排放通量的车载被动DOAS遥测研究

利用车载被动差分吸收光谱遥测技术,对奥运期间北京市某大型钢铁厂所在区域内的SO2和NSO2排放通量进行了测量.观测结果表明奥运会赛时该区域SO2和NO2排放通量的平均值分别为4.1ton/h和1.0 ton/h,并通过对比表明车载被动DOAS与其它仪器测量结果有较好的一致性.进一步分析后给出了相比6月份两种污染气体排放通量下降了约44%和78%的结果,说明了减排措施的显著效果.