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地基MAX-DOAS系统获取大气水汽垂直柱浓度方法研究
1
作者 周闯 张琦锦 +2 位作者 李素文 雒静 牟福生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2395-2400,共6页
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... 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。 展开更多
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
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基于多轴差分光学吸收光谱测量北京地区对流层NO_(2)的研究 被引量：3
2
作者 朱鹏程 刘浩然 +4 位作者 季祥光 李启华 刘国华 田园 徐恒 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2153-2158,共6页
由于二氧化氮(NO_(2))在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用,并且对环境、气候以及人体健康产生影响,合理、有效地监测和控制大气中NO_(2)浓度已成为十分重要的课题。地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被... 由于二氧化氮(NO_(2))在大气的物理和化学机制进程中有着十分重要的作用,并且对环境、气候以及人体健康产生影响,合理、有效地监测和控制大气中NO_(2)浓度已成为十分重要的课题。地基多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS)仪是利用太阳散射光的被动DOAS仪器,相较于小范围测量的点式仪器、利用光源和反射装置的主动DOAS仪器,具有时间分辨率高、高灵敏度、测量范围广和不受搭建平台制约等优势特点。2018年在北京中国气象科学研究院(116.32°E,39.95°N)开展了基于地基MAX-DOAS的对流层NO_(2)全年连续观测,采集得到原始吸收光谱并运用光谱处理软件QDOAS进行反演得到NO_(2)斜柱浓度(SCD),选择较为简单的几何近似方法计算求出大气质量因子(AMF),从而将NO_(2) SCD转换为垂直柱浓度(VCD),据此研究分析了北京地区NO_(2) VCD月均值和季节均值变化、季节的日平均变化以及一周内日平均变化的特征。结果表明,北京地区对流层NO_(2) VCD随季节变化较为明显,呈现冬季最高而夏季最低的趋势,其中冬季季节均值达到2.94×10^(16) molec·cm^(-2),为夏季的1.6倍,不同季节的日均变化一般在下午表现出明显的差异,最大相差为2.17×10^(16) molec·cm^(-2)。一周内每日的浓度变化有一定规律性,周日平均浓度较其他时间降低17%左右,出现了一定程度的周末效应。通过将地基MAX-DOAS观测结果和地面国控站点官园监测站(116.339°E,39.929°N)2018全年数据结果进行对比,显示出两者变化趋势具有好的一致性,相关系数r可达0.81。研究表明,地基MAX-DOAS不仅可以对区域污染气体如NO_(2)的实时快速监测及变化规律的研究分析提供一种有效手段,也可以对其他数据来源进行校验。 展开更多
关键词 地基多轴差分吸收光谱 北京 二氧化氮 垂直柱浓度
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基于MAX-DOAS淮北地区疫情前后HCHO观测研究 被引量：1
3
作者 齐贺香 郭映映 +1 位作者 牟福生 李素文 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期210-218,共9页
构建了具有操作简单、大范围以及高灵敏度等特点的地基多轴差分吸收系统(MAX-DOAS),对淮北地区2019年10月至2020年5月进行连续观测,得到HCHO的时间序列。为了减少其他气体的干扰,采用不同波段反演HCHO差分斜柱浓度,对比发现,选用324~342... 构建了具有操作简单、大范围以及高灵敏度等特点的地基多轴差分吸收系统(MAX-DOAS),对淮北地区2019年10月至2020年5月进行连续观测,得到HCHO的时间序列。为了减少其他气体的干扰,采用不同波段反演HCHO差分斜柱浓度,对比发现,选用324~342 nm波段时,反演误差波动最小,能够精确获取甲醛气体浓度。由HCHO月均值序列结果可知,疫情中期与疫情前后相比,浓度分别降低了35%和23%。日变化以及周变化结果表明淮北地区HCHO浓度具有早晚高、中午低的日变化特征,且没有明显的周末效应。结合Hysplit风场后向轨迹模型对高值天气的风场进行研究,发现在2020年1月12~14日与18~21日期间,淮北地区在西北风场的影响下,会受到来自砀山等地的污染输送影响,引起HCHO浓度的升高。MAX-DOAS测量HCHO柱浓度结果与OMI卫星数据进行对比发现两种测量方式具有良好的一致性(R2=0.87)。 展开更多
关键词 HCHO 多轴差分吸收光谱 OMI卫星 垂直柱浓度 浓度特征
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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
4
作者 刘敏 李礼 +3 位作者 余家燕 翟崇治 许丽萍 刘芮伶 《激光杂志》 CAS CSCD 北大核心 2014年第7期80-83,共4页
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... 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。 展开更多
关键词 被动差分吸收光谱法 SO2 NO2 垂直柱浓度 区域输送
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天山北坡河谷型城市大气NO2和SO2时空变化及影响因素分析 被引量：8
5
作者 闫晶洁 李艳红 马莹萍 《生态与农村环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1268-1275,共8页
基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2017年1月—2018年12月在天山北坡城市监测并结合气象、工厂、车流量等因素分析天山北坡河谷型城市大气NO2和SO2污染状况,结果表明,同一时刻天山北坡河谷型城市大气NO2垂直柱浓度(VCD)高于SO2 V... 基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2017年1月—2018年12月在天山北坡城市监测并结合气象、工厂、车流量等因素分析天山北坡河谷型城市大气NO2和SO2污染状况,结果表明,同一时刻天山北坡河谷型城市大气NO2垂直柱浓度(VCD)高于SO2 VCD,均呈现中午低、早晚高的特征,且冬季>春季>秋季>夏季。在空间上,天山北坡河谷型城市的工厂、交通干道以及靠近天山山脉处的大气NO2 VCD较高。天山北坡河谷型城市地处谷底,易产生逆温层,大气污染物不易扩散。因城市布局的特点,每当西风盛行时,阜康市与乌苏市大气污染会加重,博乐市大气污染会降低,且外来气团携带的大气污染物会加重天山北坡河谷型城市的大气NO2和SO 2污染程度。产业类型不同对城市大气NO2和SO2的污染程度不同,第二产业为主的城市污染程度最严重,第三产业为主的城市污染程度次之,第一产业为主的城市污染程度最低。 展开更多
关键词 天山北坡 河谷型城市 大气NO 2垂直柱浓度 SO 2垂直柱浓度
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乌鲁木齐市大气污染物NO_(2)输送路径及潜在源分析
6
作者 王勃 李艳红 《新疆师范大学学报（自然科学版）》 2024年第2期62-73,共12页
为深化对乌鲁木齐市大气污染物NO_(2)的传输路径和潜在来源的研究,文章利用2017—2022年OMI遥感监测对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD)数据分析了乌鲁木齐市NO_(2)浓度的大气污染特征,运用后向轨迹模型、潜在源区贡献分析法和浓度权重轨迹分... 为深化对乌鲁木齐市大气污染物NO_(2)的传输路径和潜在来源的研究,文章利用2017—2022年OMI遥感监测对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD)数据分析了乌鲁木齐市NO_(2)浓度的大气污染特征,运用后向轨迹模型、潜在源区贡献分析法和浓度权重轨迹分析法,揭示了不同季节NO_(2)潜在源区及其对研究区NO_(2)VCD的贡献变化趋势。结果表明:五年来,乌鲁木齐市NO_(2)VCD波动下降,各区NO_(2)VCD在2020年春夏季变幅最大,降幅介于18.45%~35.25%之间;空间上高污染区范围持续缩小至人口基数较大的中心城区;乌鲁木齐市大气NO_(2)污染的气团轨迹受山盆体系的地形影响较大,春、秋、冬三季来自哈萨克斯坦境内的长距离气流频率持续提高(2022年占比分别为25.74%、21.11%、41.83%);影响NO_(2)污染的潜在源区呈现显著季节变化特征,秋冬季源区分布广、贡献度高,而春夏季源区分布狭窄、贡献度低。潜在源区主要为本地源和西部源区,本地源区作为重度污染源区出现在秋冬季,对NO_(2)污染的贡献逐渐增强,源区范围逐渐收缩至乌鲁木齐市沙依巴克区和达坂城区;西部源区主要为中度污染区,近年来向西扩展至伊犁哈萨克自治州西南部、阿克苏地区以及巴音郭楞蒙古自治州等区域。 展开更多
关键词 乌鲁木齐 对流层NO_(2)垂直柱浓度(VCD) 后向轨迹 潜在源区贡献 浓度权重轨迹
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克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度特征分析 被引量：1
7
作者 马莹萍 李艳红 闫晶洁 《中山大学学报（自然科学版）（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期94-102,共9页
为研究新疆克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)污染状况,了解其时空分布特征及影响因素,2018年利用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)在克拉玛依市进行固定点监测和车载移动环城监测获取NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度数据。研究表明:1)克拉玛依市NO_... 为研究新疆克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)污染状况,了解其时空分布特征及影响因素,2018年利用地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)在克拉玛依市进行固定点监测和车载移动环城监测获取NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度数据。研究表明:1)克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)气体的日变化规律呈“U”型变化特征,NO_(2)垂直柱浓度一般在9:00~11:00、17:00~19:00浓度值较高,11:00~17:00浓度值较低;SO_(2)垂直柱浓度一般在11:00~13:00、15:00~17:00浓度值较高,13:00~15:00浓度值较低。即早晚高中午低。2)季节变化规律:NO_(2)和SO_(2)浓度皆表现为冬季>秋季>春季>夏季的变化特点。整体上同一时段内NO_(2)垂直柱浓度比SO_(2)垂直柱浓度值偏大。3)克拉玛依市NO_(2)和SO_(2)垂直柱浓度与风向风速密切相关,表现出风速越大污染范围越大。又由于特殊的地理条件和气象要素导致污染物的聚集,难以及时向外扩散。4)后向轨迹分析表明,克拉玛依市污染物主要源于外地。在外来区域传输影响中,克拉玛依市主要受到西北方向气团(占比为51.12%~75.83%)远距离传输和偏东方向气团(占比为14.0%~26.37%)近距离传输的影响。 展开更多
关键词 克拉玛依市 NO_(2)柱浓度 SO_(2)柱浓度
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中国能源金三角NO_(2)时空格局及其驱动因子
8
作者 沈永林 骆济豪 +2 位作者 马雨阳 姚凌 胡楚丽 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1585-1593,共9页
利用臭氧监测仪(OMI)提供的大气污染监测数据,结合产业结构、汽车保有量、国家政策措施等,通过城乡NO_(2)浓度差异的排放源分析方法提取能源金三角(EGT)地区2005~2019年对流层NO_(2)垂直柱浓度时空变化特征并探讨影响区域大气NO_(2)浓... 利用臭氧监测仪(OMI)提供的大气污染监测数据,结合产业结构、汽车保有量、国家政策措施等,通过城乡NO_(2)浓度差异的排放源分析方法提取能源金三角(EGT)地区2005~2019年对流层NO_(2)垂直柱浓度时空变化特征并探讨影响区域大气NO_(2)浓度驱动因素.结果表明,EGT煤炭化工源NO_(2)浓度与第二产业产值增速的相关系数为0.71(P<0.05),说明本文方法所提取的长时序煤炭化工源NO_(2)浓度能有效地指示产业结构调整和政策措施变化.NO_(2)浓度从2005~2011年的90.56molc/m^(2)增加至2012~2015年的720.77molc/m^(2),再下降至2016~2019年的247.36molc/m^(2),反映EGT经济发展模式经历了从小规模、中污染的点模式逐步发展成大范围、重污染的粗放模式,再到大范围、低污染的精工模式.与京津冀、华中、长三角等地区相比,EGT交通和工业排放对城市源NO_(2)污染贡献的变化特征进一步反映城镇化水平的发展和产业结构的优化.与OMI相比,高分辨率对流层观测仪(TROPOMI)能在短时序上提供丰富的影像细节信息,且随着观测时长的增加,有望增强长时序大气NO_(2)污染的精准监测. 展开更多
关键词 臭氧监测仪(OMI) 能源金三角 对流层NO_(2)垂直柱浓度 产业结构 空间分布
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