發(fā)布時(shí)間：2020-11-15 13:53

　　 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(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)特性信息對大氣污染物的準(zhǔn)確反演具有重要意義。對此,為響應(yīng)我國環(huán)保部提出的全面打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)目標(biāo),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(shù)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(jìn)行監(jiān)測和分析。機(jī)載DOAS可以對較大區(qū)域、不同海拔處的大氣成分實(shí)現(xiàn)動態(tài)研究。地基2D MAX-DOAS可以用于近地面監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)對特定區(qū)域?qū)α鲗�、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(yīng)用于衛(wèi)星監(jiān)測的校驗(yàn)。為了提高痕量氣體的反演精度,本文基于多平臺DOAS技術(shù),對云參數(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對全球大氣痕量氣體進(jìn)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(jìn)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(jìn)行了研究,首先對O4SCD中出現(xiàn)的條帶現(xiàn)象進(jìn)行了修正,同時(shí)對反射率也進(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,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)載平臺測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),不同類型下墊面對應(yīng)地表反照率的不同。此外,在350-395nm光譜波段內(nèi),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(guān)系進(jìn)行了分析。最后得出,在350-395nm波段內(nèi),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(jié)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(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月期間對合肥地區(qū)對流層NO2的濃度及時(shí)空分布進(jìn)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(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(yuǎn)遠(yuǎn)大于非供暖季節(jié)。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：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(shù)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(shù)。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(shù)對不同的光波段光束進(jìn)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(shù)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(shí)還可對該區(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(shí)際應(yīng)用中基于被動ＤＯＡＳ技術(shù)的地基遙感觀測技術(shù)就常常應(yīng)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(xué)模型模擬的??校驗(yàn)。但是，地基平臺遙感監(jiān)測本身受空間局限性限制，獨(dú)立的地基觀測站點(diǎn)只??能針對具體的時(shí)空范圍內(nèi)的大氣環(huán)境成分進(jìn)行定點(diǎn)探測，無法準(zhǔn)確的反映大范圍??內(nèi)大氣成分的具體分布特征，更無法針對大氣污染源情況追溯污染源的位置。為??應(yīng)對上述系統(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)觀測點(diǎn)，由點(diǎn)??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(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。??當(dāng)下，國外多個發(fā)達(dá)國家搭建的大氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)使用了在線ＤＯＡＳ遙測技術(shù)，??１４??

?第１章緒論???用來對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。比??如，美國搭建的ＮＤＡＣＣ監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)用來探測大氣成分，可以在線查詢各個網(wǎng)點(diǎn)的??監(jiān)測情況，對大氣環(huán)境變化狀況實(shí)時(shí)把控，數(shù)據(jù)非常便捷實(shí)用。德國搭建了??ＢＲＥＤＯＭ監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以對德國國土范圍內(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)動態(tài)監(jiān)控。??

?第２章被動差分吸收光譜技術(shù)原理及應(yīng)用???第２章被動差分吸收光譜技術(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）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）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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本文編號：2884828