發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 13:53

　　 雖然近年來我國(guó)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(yán)峻。及時(shí)準(zhǔn)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(xué)特性參數(shù)是反演大氣污染物的重要輸入?yún)��?shù),準(zhǔn)確獲取大氣光學(xué)特性信息對(duì)大氣污染物的準(zhǔn)確反演具有重要意義。對(duì)此,為響應(yīng)我國(guó)環(huán)保部提出的全面打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)目標(biāo),我國(guó)開展了天地空一體化立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中,基于多平臺(tái)DOAS技術(shù)的大氣成分探測(cè)儀器發(fā)揮了重要作用。其中,星載儀器EMI可以對(duì)全球大氣成分的濃度和空間分布進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。機(jī)載DOAS可以對(duì)較大區(qū)域、不同海拔處的大氣成分實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)研究。地基2D MAX-DOAS可以用于近地面監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域?qū)α鲗印⑵搅鲗覰O2、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(yīng)用于衛(wèi)星監(jiān)測(cè)的校驗(yàn)。為了提高痕量氣體的反演精度,本文基于多平臺(tái)DOAS技術(shù),對(duì)云參數(shù)、地表反照率和有效光程等大氣光學(xué)特性參數(shù)反演算法進(jìn)行研究。本文采用自行研發(fā)的星載儀器EMI對(duì)全球大氣痕量氣體進(jìn)行探測(cè)。由于EMI觀測(cè)的是大氣層頂?shù)纳⑸涔?云的存在會(huì)影響光子路徑進(jìn)而對(duì)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(duì)云參數(shù)反演算法進(jìn)行了研究,首先對(duì)O4SCD中出現(xiàn)的條帶現(xiàn)象進(jìn)行了修正,同時(shí)對(duì)反射率也進(jìn)行了相關(guān)校正;然后利用SCIATRAN輻射傳輸模型設(shè)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(duì)其轉(zhuǎn)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(guān)太陽幾何信息進(jìn)行多維插值得到EMI有效云量和云壓。為驗(yàn)證該算法的正確性,將EMI的結(jié)果與OMI云產(chǎn)品進(jìn)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(shì),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(guān)性R為0.82,相關(guān)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(jìn)一步研究�；�于機(jī)載DOAS,本文通過在機(jī)載平臺(tái)測(cè)量垂直向下與向上散射光,結(jié)合SCIATRAN輻射傳輸?shù)哪�擬,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(nèi),不同類型下墊面對(duì)應(yīng)地表反照率的不同。此外,在350-395nm光譜波段內(nèi),分別對(duì)保定城區(qū)中心、城區(qū)中部、城區(qū)邊緣三個(gè)區(qū)域地表反照率隨波長(zhǎng)的變化關(guān)系進(jìn)行了分析。最后得出,在350-395nm波段內(nèi),三個(gè)區(qū)域的地表反照率均呈隨著波長(zhǎng)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(jié)果一致性非常好。通過對(duì)不同觀測(cè)區(qū)域地表反照率的比較得出,城區(qū)地表反照率大于農(nóng)田,表明地表反照率可以準(zhǔn)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(duì)合肥地區(qū)對(duì)流層NO2的濃度及時(shí)空分布進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)。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(jì)算得到有效光路。結(jié)合有效光路和NO2 SCD計(jì)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(cè)點(diǎn)的東部與東南部,這些方位上主要是經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、工業(yè)區(qū)和主城區(qū);低濃度均位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的西北和西部方向的農(nóng)田和樹林區(qū)域,此結(jié)果與環(huán)保部監(jiān)測(cè)情況高度一致。全年監(jiān)測(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于非供暖季節(jié)。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(shù)的多平臺(tái)立體監(jiān)測(cè)體系統(tǒng)示意圖??１．４．１地基平臺(tái)遙感監(jiān)測(cè)??目前，基于ＤＯＡＳ技術(shù)建立的地基平臺(tái)遙感監(jiān)測(cè)手段是目前我國(guó)常見的并??己發(fā)展成熟的大氣環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)。針對(duì)大氣中的不同成分對(duì)太陽光譜的吸收??特征不同，利用該技術(shù)對(duì)不同的光波段光束進(jìn)行探測(cè)，最終通過ＤＯＡＳ算法反??演監(jiān)測(cè)區(qū)域的氣體具體成分。另外，該技術(shù)可針對(duì)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(shí)還可對(duì)該區(qū)域內(nèi)部分有害氣體的成分??及其集中分布的空間位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位，為我國(guó)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(shí)際應(yīng)用中基于被動(dòng)ＤＯＡＳ技術(shù)的地基遙感觀測(cè)技術(shù)就常常應(yīng)用在監(jiān)測(cè)對(duì)??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(cè)和化學(xué)模型模擬的??校驗(yàn)。但是，地基平臺(tái)遙感監(jiān)測(cè)本身受空間局限性限制，獨(dú)立的地基觀測(cè)站點(diǎn)只??能針對(duì)具體的時(shí)空范圍內(nèi)的大氣環(huán)境成分進(jìn)行定點(diǎn)探測(cè)，無法準(zhǔn)確的反映大范圍??內(nèi)大氣成分的具體分布特征，更無法針對(duì)大氣污染源情況追溯污染源的位置。為??應(yīng)對(duì)上述系統(tǒng)的監(jiān)控空間局限性問題，實(shí)際上可通過搭建地基網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)點(diǎn)，由點(diǎn)??式觀測(cè)連接成區(qū)域面的觀測(cè)模式，最終組成大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大范圍的大??氣環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。??當(dāng)下，國(guó)外多個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家搭建的大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)使用了在線ＤＯＡＳ遙測(cè)技術(shù)，??１４??

?第１章緒論???用來對(duì)小范圍以及全球范圍內(nèi)大氣污染物濃度、廓線和大氣傳輸情況的監(jiān)測(cè)。比??如，美國(guó)搭建的ＮＤＡＣＣ監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)用來探測(cè)大氣成分，可以在線查詢各個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的??監(jiān)測(cè)情況，對(duì)大氣環(huán)境變化狀況實(shí)時(shí)把控，數(shù)據(jù)非常便捷實(shí)用。德國(guó)搭建了??ＢＲＥＤＯＭ監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)德國(guó)國(guó)土范圍內(nèi)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(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。??

?第２章被動(dòng)差分吸收光譜技術(shù)原理及應(yīng)用???第２章被動(dòng)差分吸收光譜技術(shù)原理及應(yīng)用??２．１?ＤＯＡＳ基本原理??由于大氣中存在的多種氣體及粒子導(dǎo)致大氣輻射傳輸變得復(fù)雜，所以實(shí)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(zhì)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(yuǎn)小于入射光波長(zhǎng)）的存在產(chǎn)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(yuǎn)大于入射光波長(zhǎng)）造成??的在ＤＯＡＳ技術(shù)中，一般將瑞利散射與米散射當(dāng)作吸收過程來進(jìn)行計(jì)算，??其中吸收系數(shù)分別為：＆?（Ａ）＝辦（Ａ）?？?ＣＷ／ｆ?（＜ｒＲ?Ａ－４，?＜７／？產(chǎn)４．４?ｘ?丨?０？１６?ｃｍ２ｎｍ４），??（義）＝￡ＭｒＡｎ（ｗ＝ｌ￣４）。那么，結(jié)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(zhì)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(xiàn)】

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1 趙敏杰;司福祺;陸亦懷;王煜;汪世美;江宇;周海金;劉文清;;星載大氣痕量氣體差分吸收光譜儀光譜圖像校正方法研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2015年12期

2 王煜;陸亦懷;趙欣;司福祺;;星載差分吸收光譜儀CCD成像電路的設(shè)計(jì)及實(shí)施[J];激光與紅外;2015年06期

3 齊文棟;劉強(qiáng);洪友堂;;3種反演算法的地表反照率遙感產(chǎn)品對(duì)比分析[J];遙感學(xué)報(bào);2014年03期

4 翟俊;劉榮高;劉紀(jì)遠(yuǎn);趙國(guó)松;;1990-2010年中國(guó)土地覆被變化引起反照率改變的輻射強(qiáng)迫[J];地理學(xué)報(bào);2013年07期

5 劉進(jìn);司福祺;周海金;趙敏杰;竇科;劉文清;;目標(biāo)差分吸收光譜技術(shù)測(cè)量大氣NO_2平均濃度的方法研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2013年04期

6 趙敏杰;司福祺;江宇;周海金;汪世美;劉文清;;星載大氣痕量氣體差分吸收光譜儀的實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)[J];光學(xué)精密工程;2013年03期

7 周海金;劉文清;司福祺;竇科;;多軸差分吸收光譜技術(shù)測(cè)量近地面NO_2體積混合比濃度方法研究[J];物理學(xué)報(bào);2013年04期

8 肖登攀;陶福祿;Moiwo Juana P;;全球變化下地表反照率研究進(jìn)展[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2011年11期

9 李素文;姜恩華;陳得寶;司福祺;;Ring效應(yīng)在散射光觀測(cè)系統(tǒng)中的影響[J];光電工程;2010年07期

10 焦子銻,王錦地,謝里歐,張顥,閻廣建,何立明,李小文;地面和機(jī)載多角度觀測(cè)數(shù)據(jù)的反照率反演及對(duì)MODIS反照率產(chǎn)品的初步驗(yàn)證[J];遙感學(xué)報(bào);2005年01期

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2 楊娟;利用MODIS衛(wèi)星資料分析北京地區(qū)地表反照率的時(shí)空分布及變化特征[D];南京信息工程大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2884828