直射太阳光差分吸收光谱反演no2整层垂直柱浓度

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1、第３２卷，第４期光谱学与光谱分析Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．４，ｐｐ８９３－８９７２０１２年４月ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓＡｐｒｉｌ，２０１２直射太阳光差分吸收光谱反演ＮＯ２整层垂直柱浓度王杨，谢品华＊，李昂，徐晋，曾议，司福祺，吴丰成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摘要在直射太阳光差分吸收光谱技术（ＤＳ－ＤＯＡＳ）中，通常采用测量期间较干净大气条件下太阳天顶角最小时的测量谱作为参考谱反演整层垂直柱浓度（ＶＣＤ）。由于参考谱中依然含有未知的ＮＯ２吸收结构，因此得到的是ＶＣＤ的相对值。该文将大气外层高精度太阳夫琅禾

2、费标准光谱与仪器函数卷积后作为参考谱，避免了参考谱中含有ＮＯ２的吸收结构引入的误差。通过研究３月７日用此新方法获得的斜柱浓度（ＳＣＤ）与通常方法获得的差分斜柱浓度（ｄＳＣＤ）的比较，新方法反演ＳＣＤ的误差小于１．６×１０１６－２；通ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ·ｃｍ常方法反演ＳＣＤ的误差在４．２５×１０１６－２附近，采用新方法误差减少了６２％以上。最后将ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ·ｃｍＤＳ－ＤＯＡＳ测量的ＮＯ２整层ＶＣＤ与多轴差分吸收光谱技术（ＭＡＸ－ＤＯＡＳ）测得的ＮＯ２对流层ＶＣＤ进行了对比，结果表明新方法可以有效的改进通常方法计算ＶＣＤ的误差。关键词直射太阳光差分吸收光谱；整层垂直柱浓度；夫琅禾费

3、光谱；ＮＯ２中图分类号：Ｏ４３３．５＋１文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－０５９３（２０１２）０４－０８９３－０５［４］。星的ＴｏｔａｌＣｏｌｕｍｎ结果校准引言本研究采用大气外层高精度太阳夫琅禾费标准光谱与仪器函数进行卷积作为参考谱反演整层垂直柱浓度绝对值。搭［１］。对ＮＯ２的浓度的监测具有重要的科学和实际意义建了ＤＳ－ＤＯＡＳ测量ＮＯ２垂直柱浓度的平台，在合肥地区对当前用于测量ＮＯ２的方法包括点式化学发光测量法、长光ＮＯ２进行了３ｄ测量实验，用于验证该方法的可行性。［２］程主动差分吸收光谱法等，都关注地面ＮＯ２的浓度。近些年发展起来的多轴差分吸收光谱技术可

4、以获得对流层ＮＯ２１原理［３］，但其主要用于获取对流层垂直柱浓度。直射太浓度信息阳光差分吸收光谱技术（ＤＳ－ＤＯＡＳ），具有光通量大、时间分１．１ＤＳ－ＤＯＡＳ技术原理辨率高、大气质量因子的计算简单而准确、可以获得精度较ＤＳ－ＤＯＡＳ技术是以被动差分光学吸收光谱（ＤＯＡＳ）理［４］论［７］为核心，通过选择夫琅禾费参考谱将由于太阳光球原子高的垂直柱浓度信息等优势。ＤＳ－ＤＯＡＳ对于平流层和对［８］，反演流层的吸收同样敏感，可用于卫星ＴｏｔａｌＣｏｌｕｍｎ结果的校的选择性吸收和发射引起的太阳夫琅禾费结构去除［４］。痕量气体的斜柱浓度（ＳＣＤ）。准２０００年日本千叶大学的Ｘｕｅ等采用测量期间

5、相对干净的大气条件下中午最小天顶角的测量谱作为参考谱反演［５］。２００６年香港城市大学物理及材料科学系的ＮＯ２柱浓度陈茂兴等，将测量仪器搭载到飞机上，在１１．２ｋｍ的高度上［６］。该方法避开对流层的吸收，最获得的天顶谱作为参考谱大程度的减少了参考谱中ＮＯ２吸收结构引入的误差。但是这种方法较为复杂、成本较高。２００９年美国国家宇航局Ｆｉｇ．１Ｔｈｅａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐａｔｈｏｆｄｉｒｅｃｔｓｕｎｌｉｇｈｔ（ＮＡＳＡ）的ＪａｙＨｅｒｍａｎ研究组成功的将最小值外推法应用于ＤＳ－ＤＯＡＳ，获得了ＮＯ２垂直柱浓度绝对值，并与ＯＭＩ卫根据太阳光的传播路径计算出每条光谱的Ａ

6、ＭＦｉ，由式收稿日期：２０１１－０７－２４，修订日期：２０１１－１０－１６基金项目：国家自然科学基金项目（４０９０５０１０）和国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００９ＡＡ０６３００６）资助作者简介：王杨，１９８６年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生ｅ－ｍａｉｌ：ｙｗａｎｇ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ＊通讯联系人ｅ－ｍａｉｌ：ｐｈｘｉｅ＠ａｉｏｆｍ．ａｃ．ｃｎ８９４光谱学与光谱分析第３２卷（１）可以将各个时刻的斜柱浓度转化成垂直柱浓度，从而方［１１］，自动对准太阳；光所示），望远镜系架设在寻星赤道仪上便的比较不同天顶角下吸收气体的浓度。谱系统放在恒温室内，用以保证光谱的

7、稳定；通过光纤将望ＳＣＤｉ远镜收集的光传输到光谱仪。面阵ＣＣＤ采用半导体制冷，以ＶＣＤｉ＝（１）ＡＭＦｉ降低系统热噪声。对同时获得的多条光谱进行平均，减少了１．２ＤＳ－ＤＯＡＳ中ＡＭＦ的计算ＣＣＤ的随机噪声，提高信噪比，同时在保证信噪比的条件［４］在直射光测量时，大气质量因子采用以下公式计算下，减少了光谱累加次数，提高了系统的时间分辨率。ＡＭＦ＝ｓｅｃ｛ａｒｃｓｉｎ［ｒ·ｓｉｎ（ＳＺＡ＊）］｝（２）（ｒ＋ｒＥＦＦ）３数据处理和分析式中ｒ是地球中