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利用多轴差分吸收光谱技术反演对流层NO_2

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光谱学与光谱分析 2010年第9期30卷 2464-2469页

作者：徐晋谢品华司福祺窦科李昂刘宇刘文清中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031

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... 详细信息

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。

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

基于多轴差分吸收光谱技术测量青岛市大气水汽垂直柱浓度及垂直分布

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物理学报 2020年第20期69卷 249-261页

作者：任红梅李昂胡肇焜黄业园徐晋谢品华钟鸿雁李晓梅中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心厦门361021 安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601

本文研究了多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)在可见蓝光波段(434.0-451.5 nm)对大气水汽垂直柱浓度和垂直廓线的反演方法.首先,针对水汽吸收峰较窄且较密的问题,采用和仪器狭缝函数卷积的方法获取适用于MAX-DOAS的水汽吸收参考截面,并采... 详细信息

本文研究了多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)在可见蓝光波段(434.0-451.5 nm)对大气水汽垂直柱浓度和垂直廓线的反演方法.首先,针对水汽吸收峰较窄且较密的问题,采用和仪器狭缝函数卷积的方法获取适用于MAX-DOAS的水汽吸收参考截面,并采用修正系数法校正了水汽饱和吸收效应在此波段对反演的影响.其次,研究了非线性最优估算法痕量气体廓线反演算法(Pri AM算法)中气溶胶状态和先验廓线的线型对水汽反演结果的影响.结果表明,气溶胶线型变化对水汽廓线反演结果的影响可忽略,而高气溶胶状态会使反演结果差异变大,但均在廓线反演总误差范围内,这表明, Pri AM算法对水汽廓线反演仍具有适用性.采用该方法在青岛市鳌山区域站开展连续观测实验,并将观测的水汽垂直柱浓度结果和欧洲中期天气预报中心日均值数据对比, R2=0.93;将反演的水汽廓线近地面浓度与欧洲中期天气预报中心和怀俄明大学探空数据对比, R2分别大于0.70和0.66,结果表明了Pri AM算法对大气水汽廓线反演的准确性较高.最后,分析了青岛市水汽垂直分布特征:青岛市水汽主要分布在1.5 km以下.

关键词：多轴差分吸收光谱技术大气水汽垂直柱浓度垂直廓线

机载多轴差分吸收光谱技术获取对流层NO_2垂直柱浓度的研究

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物理学报 2012年第2期61卷 282-288页

作者：徐晋谢品华司福祺李昂刘文清中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室合肥230031

介绍了一种基于机载平台获取对流层NO_2垂直柱浓度的多轴差分吸收光谱技术.研究了利用差分吸收光谱技术结合不同观测角度的测量光谱反演差分斜柱浓度,并利用辐射传输模型SCIATRAN计算对流层NO_2垂直柱浓度的方法.研究了不同海拔高度、... 详细信息

介绍了一种基于机载平台获取对流层NO_2垂直柱浓度的多轴差分吸收光谱技术.研究了利用差分吸收光谱技术结合不同观测角度的测量光谱反演差分斜柱浓度,并利用辐射传输模型SCIATRAN计算对流层NO_2垂直柱浓度的方法.研究了不同海拔高度、不同地面反照率以及不同太阳天顶角等条件对天顶和天底两个观测角度的大气质量因子的影响.报道了该系统在2008年12月10日在珠三角地区的实验结果,结合天顶和天底两个方向反演得到了珠三角地区对流层NO_2垂直柱浓度的分布信息.同时还将机载测量结果跟安装在珠海市的一台地基多轴差分吸收光谱仪的结果进行了对比,二者相差仅为8%.实验结果表明,机载多轴DOAS技术可以实现对大区域对流层NO_2浓度的快速获取.

关键词：多轴差分吸收光谱技术机载对流层垂直柱浓度

基于多轴差分吸收光谱技术的对流层HCHO柱浓度测量研究

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大气与环境光学学报 2010年第5期5卷 350-357页

作者：石鹏谢品华李昂窦科司福琪刘文清中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031

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I_0效应对气体吸收截面的影响,并对大气Ring效应进行了校正。... 详细信息

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I_0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。

关键词：多轴差分吸收光谱技术大气质量因子 HCHO

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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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1781-1788页

作者：钱园园罗宇涵周海金窦科常振杨太平奚亮汤付颖徐自强司福祺中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026

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... 详细信息

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。

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

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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光谱学与光谱分析 2024年第8期44卷 2395-2400页

作者：周闯张琦锦李素文雒静牟福生污染物敏感材料与环境修复安徽省重点实验室淮北师范大学安徽淮北235000

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... 详细信息

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。

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

大气NO_2柱浓度多轴差分吸收光谱测量技术及应用

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气象科技 2013年第5期41卷 796-802页

作者：李蔚马建中郭军让中国气象科学研究院北京100081

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术(Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS),以及MAX-DOAS仪器试验应用。试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将... 详细信息

介绍了以太阳散射光为光源的多轴差分吸收光谱技术(Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy,简称MAX-DOAS),以及MAX-DOAS仪器试验应用。试验中选取中午仪器测量的天顶散射光光谱为参考光谱即Fraunhofer参考光谱,并将测量光谱进行消噪、波长校准以及去除Fraunhofer结构处理。利用分子吸收光学厚度和Ring效应光学厚度对处理后的测量光谱进行最小二乘法拟合,反演出了大气NO2差分斜柱浓度(Differential Slant Column Densities,简称DSCD)。分析了天津武清NO2的差分斜柱浓度反演结果,用简单快捷的几何法将NO2差分斜柱浓度转化成对流层垂直柱浓度(Vertical Column Densities,简称VCD)。研究表明,MAX-DOAS可以有效地监测污染地区对流层NO2的垂直柱浓度。

关键词：多轴差分吸收光谱技术二氧化氮斜柱浓度垂直柱浓度

拉萨上空对流层NO_(2)柱浓度光谱反演及其变化特征研究

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光谱学与光谱分析 2023年第6期43卷 1725-1730页

作者：蒲桂娟程巳阳李松奎吕金光陈华马建中西藏高原大气环境科学研究所西藏拉萨850000 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室吉林长春130033 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室和青藏高原气象研究所北京100081 中国气象局气象探测中心北京100081 西藏自治区大气探测技术与装备中心西藏拉萨850000

基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)开展拉萨上空太阳散射光谱观测和对流层NO_(2)柱浓度反演研究,探究西藏和平解放70周年大庆活动期间拉萨上空NO_(2)对流层垂直柱浓度变化特征。研究结果表明:观测实验期间(2021年8月9日至2021年8月31... 详细信息

基于多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS)开展拉萨上空太阳散射光谱观测和对流层NO_(2)柱浓度反演研究,探究西藏和平解放70周年大庆活动期间拉萨上空NO_(2)对流层垂直柱浓度变化特征。研究结果表明:观测实验期间(2021年8月9日至2021年8月31日)白天NO_(2)对流层垂直柱浓度的平均值为4.46×10^(15)molec·cm^(-2),明显高于西藏和平解放70周年大庆活动日当天NO_(2)浓度水平(2.85×10^(15)molec·cm^(-2));而且NO_(2)对流层垂直柱浓度日均值的逐日变化与地面在线观测数据具有良好相关性,相关系数为0.58。观测实验期间拉萨市主导风向为西风,东西方向是大气NO_(2)污染物的传输通道,这与拉萨城区河谷地形相一致。观测实验期间NO_(2)对流层垂直柱浓度小时均值的平均日变化呈现“U”型分布,早晚出现高值,低值浓度出现在16:00时左右,但西藏和平解放70周年大庆活动日当天NO_(2)对流层垂直柱浓度的日变化除表现为早晚峰值外,还在正午12:00时出现峰值,这与活动结束后道路管控措施解除以及活动保障车辆行驶排放有关。本研究证实了地基MAX-DOAS遥感观测技术在高原城市拉萨具有很好地适用性,同时也发现拉萨大气NO_(2)浓度水平变化主要受城市交通排放影响,西藏和平解放70周年大庆活动当日拉萨对流层大气NO_(2)浓度低。

关键词：多轴差分吸收光谱技术二氧化氮对流层柱浓度拉萨

基于机载平台的NO_2垂直廓线反演灵敏度研究

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物理学报 2013年第10期62卷 219-226页

作者：徐晋谢品华司福祺李昂周海金吴丰成王杨刘建国刘文清中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学中心合肥230031

研究了基于机载多角度观测方式反演NO2垂直廓线的灵敏度,利用计算的权重因子和平均核分析了不同波长、不同观测角度、不同地表反照率、不同气溶胶模式、不同高度对廓线反演灵敏度的影响.结果表明,中心波长在370nm的紫外波段的平均核比... 详细信息

研究了基于机载多角度观测方式反演NO2垂直廓线的灵敏度,利用计算的权重因子和平均核分析了不同波长、不同观测角度、不同地表反照率、不同气溶胶模式、不同高度对廓线反演灵敏度的影响.结果表明,中心波长在370nm的紫外波段的平均核比中心波长在500nm的可见波段垂直分辨率更高,更有利于廓线反演;向上观测角度的测量结果中没有明显的廓线信息,而向下观测角度的测量结果包含更多的廓线信息;地表反照率对廓线反演没有明显影响;高气溶胶模式使得廓线反演的灵敏度升高;较低的飞行高度计算的平均核差异不明显,不利于廓线信息的反演.

关键词：多轴差分吸收光谱技术机载垂直廓线灵敏度