雖然近年來我國整體大氣污染防治措施初現(xiàn)成效,但仍然有很多區(qū)域性污染問題嚴峻。及時準確獲取區(qū)域大氣污染信息是分析污染來源和采取防治措施的重要前提。同樣,大氣光學特性參數(shù)是反演大氣污染物的重要輸入?yún)?shù),準確獲取大氣光學特性信息對大氣污染物的準確反演具有重要意義。對此,為響應我國環(huán)保部提出的全面打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)目標,我國開展了天地空一體化立體監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)中,基于多平臺DOAS技術的大氣成分探測儀器發(fā)揮了重要作用。其中,星載儀器EMI可以對全球大氣成分的濃度和空間分布進行監(jiān)測和分析。機載DOAS可以對較大區(qū)域、不同海拔處的大氣成分實現(xiàn)動態(tài)研究。地基2D MAX-DOAS可以用于近地面監(jiān)測,實現(xiàn)對特定區(qū)域對流層、平流層NO2、SO2等污染物的演變和輸送過程的研究,此外,地基數(shù)據(jù)也應用于衛(wèi)星監(jiān)測的校驗。為了提高痕量氣體的反演精度,本文基于多平臺DOAS技術,對云參數(shù)、地表反照率和有效光程等大氣光學特性參數(shù)反演算法進行研究。本文采用自行研發(fā)的星載儀器EMI對全球大氣痕量氣體進行探測。由于EMI觀測的是大氣層頂?shù)纳⑸涔?云的存在會影響光子路徑進而對痕量氣體的反演造成很大的誤差。本文基于O4在477 nm處吸收帶對云參數(shù)反演算法進行了研究,首先對O4SCD中出現(xiàn)的條帶現(xiàn)象進行了修正,同時對反射率也進行了相關校正;然后利用SCIATRAN輻射傳輸模型設置不同參數(shù)和太陽幾何信息模擬輻亮度以創(chuàng)建O4SCD和反射率的查找表,再對其轉換后得到有效云量云壓的查找表;最后用O4 SCD、連續(xù)反射率及相關太陽幾何信息進行多維插值得到EMI有效云量和云壓。為驗證該算法的正確性,將EMI的結果與OMI云產品進行了比較,其中,EMI與OMI的有效云量頻數(shù)分布都呈現(xiàn)低云量到高云量頻數(shù)遞減的趨勢,云量為0和云量為1均出現(xiàn)頻數(shù)高值現(xiàn)象,云量相關性R為0.82,相關性表現(xiàn)良好;云壓頻數(shù)分布整體較為一致,但仍然存在部分不一致的地方有待進一步研究�；跈C載DOAS,本文通過在機載平臺測量垂直向下與向上散射光,結合SCIATRAN輻射傳輸?shù)哪M,采用迭代反演方法獲得地表反照率。通過該方法研究了石家莊-保定飛行區(qū)域內,不同類型下墊面對應地表反照率的不同。此外,在350-395nm光譜波段內,分別對保定城區(qū)中心、城區(qū)中部、城區(qū)邊緣三個區(qū)域地表反照率隨波長的變化關系進行了分析。最后得出,在350-395nm波段內,三個區(qū)域的地表反照率均呈隨著波長的增大而漸漸增大。將不同下墊面地表反照率值與中等分辨率成像光譜儀(MODIS)相比,兩者結果一致性非常好。通過對不同觀測區(qū)域地表反照率的比較得出,城區(qū)地表反照率大于農田,表明地表反照率可以準確反映下墊面類型。同樣采用自行研制的2D MAX-DOAS在2015年6月到2016年5月期間對合肥地區(qū)對流層NO2的濃度及時空分布進行了連續(xù)監(jiān)測。由于斜柱濃度是沿路徑的積分濃度,不能有效的代表NO2的空間濃度信息,本研究可以根據(jù)海拔高度獲取的O4濃度及反演得到的O4 SCD計算得到有效光路。結合有效光路和NO2 SCD計算得到NO2體積混合比。研究表明合肥地區(qū)NO2日變化方位分布中,NO2高濃度均分布在監(jiān)測點的東部與東南部,這些方位上主要是經濟開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)和主城區(qū);低濃度均位于監(jiān)測點的西北和西部方向的農田和樹林區(qū)域,此結果與環(huán)保部監(jiān)測情況高度一致。全年監(jiān)測中四季變化分明,冬季NO2平均濃度值最大,春季和秋季較大,夏季最小。NO2在供暖季節(jié)的平均濃度是非供暖季節(jié)的1.68倍,遠遠大于非供暖季節(jié)。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：P427.1;X51
【部分圖文】：

?第１章緒論???＼、、??！＼?＼??｜?＼?＼??氣，＝、：??地私：監(jiān)淵ｆｆｉ?［?＼??圖１．１基于ＤＯＡＳ技術的多平臺立體監(jiān)測體系統(tǒng)示意圖??１．４．１地基平臺遙感監(jiān)測??目前，基于ＤＯＡＳ技術建立的地基平臺遙感監(jiān)測手段是目前我國常見的并??己發(fā)展成熟的大氣環(huán)境污染監(jiān)測技術。針對大氣中的不同成分對太陽光譜的吸收??特征不同，利用該技術對不同的光波段光束進行探測，最終通過ＤＯＡＳ算法反??演監(jiān)測區(qū)域的氣體具體成分。另外，該技術可針對性的監(jiān)控大氣環(huán)境中的二氧化??氮和二氧化硫分子的空間分布和濃度，同時還可對該區(qū)域內部分有害氣體的成分??及其集中分布的空間位置進行監(jiān)測和定位，為我國治理環(huán)境和了解污染源頭提供??了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。??實際應用中基于被動ＤＯＡＳ技術的地基遙感觀測技術就常常應用在監(jiān)測對??流層痕量氣體和氣溶膠垂直柱濃度及垂直廓線分布信息［３３，?４２］、大氣成分混合比??濃度分析、大氣云層與大氣氣溶膠的鑒別［４３４４］，以及衛(wèi)星監(jiān)測和化學模型模擬的??校驗。但是，地基平臺遙感監(jiān)測本身受空間局限性限制，獨立的地基觀測站點只??能針對具體的時空范圍內的大氣環(huán)境成分進行定點探測，無法準確的反映大范圍??內大氣成分的具體分布特征，更無法針對大氣污染源情況追溯污染源的位置。為??應對上述系統(tǒng)的監(jiān)控空間局限性問題，實際上可通過搭建地基網絡觀測點，由點??式觀測連接成區(qū)域面的觀測模式，最終組成大氣監(jiān)測網絡系統(tǒng)，實現(xiàn)大范圍的大??氣環(huán)境實時監(jiān)測。??當下，國外多個發(fā)達國家搭建的大氣監(jiān)測網絡使用了在線ＤＯＡＳ遙測技術，??１４??

?第１章緒論???用來對小范圍以及全球范圍內大氣污染物濃度、廓線和大氣傳輸情況的監(jiān)測。比??如，美國搭建的ＮＤＡＣＣ監(jiān)測網絡用來探測大氣成分，可以在線查詢各個網點的??監(jiān)測情況，對大氣環(huán)境變化狀況實時把控，數(shù)據(jù)非常便捷實用。德國搭建了??ＢＲＥＤＯＭ監(jiān)測網絡，可以對德國國土范圍內大氣環(huán)境中的大氣痕量氣體垂直廓??線分布、大氣成分柱濃度、云層和上空氣溶膠進行實時動態(tài)監(jiān)控。??

?第２章被動差分吸收光譜技術原理及應用???第２章被動差分吸收光譜技術原理及應用??２．１?ＤＯＡＳ基本原理??由于大氣中存在的多種氣體及粒子導致大氣輻射傳輸變得復雜，所以實際大??氣傳輸過程中不僅需要考慮分子吸收，還需要考慮多種粒子散射等現(xiàn)象。如圖２．１??所示為輻射在介質中的衰減過程示意圖。通常大氣散射包括瑞利散射和米散射，??其中瑞利散射通常是大氣分子（分子半徑遠小于入射光波長）的存在產生的，米??散射是由于氣溶膠、云滴和水滴等較大粒子（粒子半徑遠大于入射光波長）造成??的在ＤＯＡＳ技術中，一般將瑞利散射與米散射當作吸收過程來進行計算，??其中吸收系數(shù)分別為：＆?（Ａ）＝辦（Ａ）?？?ＣＷ／ｆ?（＜ｒＲ?Ａ－４，?＜７／？產４．４?ｘ?丨?０？１６?ｃｍ２ｎｍ４），??（義）＝￡ＭｒＡｎ（ｗ＝ｌ￣４）。那么，結合５而利散射、米散射消光作用以及朗伯比爾定律可??以得到：??／（Ａ）?＝?／０（Ａ）ｅｘｐ｜－￡＇?＾ｊａＪ（Ａ）ｃＪ（ｓ）?＋?ｓＲ（Ａ）?＋?￡Ｍ（Ａ）?（２．１）??式中，《為氣體的種類數(shù)量，Ｌ為傳輸光路，ｏｒ／Ａ）和分別為第＿／種氣體的??吸收截面和在傳輸光路ｓ處的物質濃度，＆（Ａ）和以／ｌ）分別為瑞利散射和米散射消??光系數(shù)。??八丨?＼ｈ＊ｄｈ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??ｈ?（〇）?Ｉ?Ｉ?ｈ?ａ）????？?Ｉ?Ｉ??？??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ??Ｉ?Ｉ???？！????Ｉ?Ｉ??０?ｄｓ?Ｌ??圖
【參考文獻】

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本文編號：2884828