多轴差分吸收光谱技术测量近地面NO2 体积混合比浓度方法研究.pdf

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 4 (2013) 044216
多轴差分吸收光谱技术测量近地面 NO2 体积混合比
浓度方法研究*
周海金1)2) 刘文清2)†司福祺2) 窦科2)
1) ( 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 合肥 230026 )
2) ( 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 )
( 2012年6月13日收到; 2012年10月3日收到修改稿)
多轴差分吸收光谱技术(MAX-DOAS) 通过测量不同角度的太阳散射光, 获取痕量气体的柱浓度信息, 广泛应
用于整层 NO2 柱浓度的监测. 由于缺少有效观测距离的信息, MAX-DOAS 无法获取近地面 NO2 的体积混合比浓
度. 本文分析了消光系数和有效观测距离的关系, 提出了利用能见度信息获取有效观测距离, 进而将 MAX-DOAS
测量的水平方向 NO2 斜柱浓度转换为体积混合比浓度的方法. 并在合肥开展了相应的观测实验, 成功实现了基于
MAX-DOAS 的 NO2 体积混合比浓度测量. 通过与主动式长程差分吸收光谱仪测量的 NO2 浓度进行对比, 结果呈现
出较好的一致性, 说明了方法的可行性. 研究为 MAX-DOAS 监测近地面 NO2 体积混合比浓度提供了一种简单有效
的方法, 拓展了 MAX-DOAS 的应用领域.
关键词: 多轴差分吸收光谱技术, 大气消光系数, 能见度, NO2 体积混合比浓度
PACS: , , DOI: .044216
化, 用于痕量气体的时空分布、区域传输、卫星数
1 引言据地面校验等相关研究, 因此在国内外都广泛应
用[4−6]. 该技术直接定量获取目标气体的斜柱浓度
氮氧化物是重要的大气对流层成分, 对环境和
(slant column density, SCD), 即沿传输光程气体浓度
人类健康都有害. NO2 在对流层能导致区域性酸性
的积分值. 但因为缺少 MAX-DOAS 观测距离的信
物沉降. NO2 参与大气化学反应, 是臭氧形成的催
息, 不能获取这些成分的体积混合比浓度, 这就限
化剂. 人体吸入 NO2 会导致气管不适, 长时间暴露
制了的应用同时由于人类活动主
会导致人体呼吸系统感染, 破坏免疫系统[1,2]. 近年 MAX-DOAS . ,
要集中在近地面近地面体积混合比浓度对
来, 我国氮氧化物污染十分严重[3], 2011 年, 氮氧, NO2
化物的排放量相比 2010 年上升了 %, 说明我国人类健康等因素的影响更加直接. 相对于柱浓度
信息, 公众更加关注被列为环保部门必测指标之一
的氮氧化物污染的减排形势还很严峻. 开展对 NO2
的长期监测对于环境污染的预测、防治具有重要的近地面 NO2 体积混合比浓度. 近年来, 学者采用
意义. 多种方法将 MAX-DOAS 技术应用于近地面痕量气
多轴差分吸收光谱技术(multi-axis differential 体体积混合比的监测, 如 Heckel 等[7] 通过假设