大氣氣溶膠與痕量氣體廓線MAX-DAOAS遙測方法研究.pdf

1、我國區(qū)域性大氣污染問題日趨明顯，及時(shí)準(zhǔn)確獲取區(qū)域污染信息是研究、控制區(qū)域污染的前提。盡管我國已建立了以城市為中心的空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測站，但不能完全反映大氣污染狀況，造成空氣質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)與公眾直觀感受不一致。近地面有限指標(biāo)的監(jiān)測，不能滿足空氣污染形成機(jī)制、演變和輸送過程的研究需求。多軸差分吸收光譜(MAX-DOAS)技術(shù)能夠?qū)α鲗印⑵搅鲗游廴疚镞M(jìn)行觀測，提供氣溶膠、痕量氣體垂直分布數(shù)據(jù)，不僅能夠更及時(shí)、迅速地獲取更大區(qū)域的污染分布特征，還

2、能夠?qū)崿F(xiàn)在相同觀測模式下對衛(wèi)星數(shù)據(jù)的校驗(yàn)。本文基于MAX-DOAS技術(shù)開展了大氣氣溶膠、痕量氣體廓線監(jiān)測方法的研究工作。
　　 本文采用自行研制的MAX-DOAS系統(tǒng)觀測太陽散射光譜，并對該系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)，包括視場角、指向精度、雜散光水平、光譜定標(biāo)等，進(jìn)行了測試。結(jié)果說明系統(tǒng)性能滿足觀測需求。同時(shí)針對MAX-DOAS方法的關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究:利用多項(xiàng)式擬合去除散射影響，消除了夫瑯禾費(fèi)結(jié)構(gòu)和Ring效應(yīng)影響，在痕量氣體截面處理

3、中進(jìn)行了I0效應(yīng)修正，確定了NO2、O4的擬合波段，最終準(zhǔn)確的反演出斜柱濃度。并通過長達(dá)16天的國內(nèi)外同類儀器聯(lián)合觀測對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了儀器性能和斜柱濃度反演精度。痕量氣體斜柱濃度的成功獲取是進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)，本文著重于對大氣氣溶膠和痕量氣體廓線的解析方法進(jìn)行了研究。
　　 利用O4氣體斜柱濃度和強(qiáng)度指數(shù)中包含著氣溶膠信息的特點(diǎn)，研究了基于MAX-DOAS技術(shù)的氣溶膠反演方法。本文首先利用輻射傳輸模型SCIATRAN進(jìn)行模擬計(jì)算消

4、除了O4氣體吸收截面不準(zhǔn)確造成的斜柱濃度誤差，提高氣溶膠的反演精度。然后分析了O4氣體斜柱濃度、強(qiáng)度指數(shù)和氣溶膠、觀測仰角的相關(guān)性，通過權(quán)重函數(shù)量化了二者對氣溶膠變化的敏感性。最后基于最優(yōu)估算法構(gòu)建了氣溶膠消光廓線反演算法，采用了SCIATRAN模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演算法的性能驗(yàn)證，結(jié)果表明算法能夠?qū)崿F(xiàn)對流層低層氣溶膠的準(zhǔn)確計(jì)算，并利用平均核矩陣確定了測量噪聲、先驗(yàn)約束對反演解不確定度的影響，分析了反演誤差。
　　 利用多個(gè)仰角的痕

5、量氣體斜柱濃度中包含著其垂直分布信息的特點(diǎn)，研究了基于MAX-DOAS技術(shù)的痕量氣體廓線反演方法。本文首先分析了NO2氣體斜柱濃度對NO2廓線變化的敏感性。針對NO2氣體的弱吸收特性，確定采用線性最優(yōu)估算法進(jìn)行NO2廓線解析。隨后采用SCIATRAN模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演算法的性能驗(yàn)證，結(jié)果表明算法能夠?qū)崿F(xiàn)1km以下的NO2垂直分布的準(zhǔn)確計(jì)算，并利用平均核矩陣確定了測量噪聲、先驗(yàn)約束對反演解不確定度的影響，進(jìn)行了誤差分析。進(jìn)一步，本文還提出