第36卷，第12期 2016年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 36,No.12·pp38303835
December, 2016
差分吸收光谱法同时测量SO2，NO2及颗粒物浓度的模拟
邹捷书，王飞，严建华，岑可法
浙江大学能源工程学院热能工程研究所，浙江杭州310027
摘要雾建天气已经影响到了人们的日常生活，对雾重成分进行测量非常重要，雾建的主要构成成分为 SO。和NO：及颗粒物，目前对气体及颗粒物浓度进行同时测量的研究还很少，用差分吸收光谱法（DOAS) 对同时测量气体及颗粒污染物浓度进行了探索性研究，通过对多组不同配比的SO，NO：及颗粒物组成成分的吸收光谱进行了模拟，由DOAS方法反演了各组分的浓度。模拟单一组分时，气体浓度从100变化至 1000ppm，SO：浓度反演误差不大于0.17%，NO，误差不大于0.64%，颗粒尺寸从100变化至500nm，液度反演误差不大于2.08%。模拟气体多组分时，SO，浓度与NO，浓度比在1：10到5：1的范围内时，误差均较小，SO，误差不超过8%，NO，误差不超过5%，然SO，与NO，浓度之比大于10，NO，的反演误差高于 10%。模拟同时测量SO，NO。及题粒物浓度时，气体浓度的反演误差均在10%以内，而颗粒物浓度的反演误差对系统的信噪比依赖较大，当信噪比在40dB以上时，误差在10%以内，而信噪比低于30dB时，误差高于20%。通过上述研究结果表明，差分吸收光谱法能很好地同时测量多种气体及颗粒物浓度，用来测量分析雾霾成分。然测量环境气体吸收差异过大时，强吸收气体对弱吸收气体影响很大，信噪比较低时，颗粒
浓度反演的误差也大为增加，需要更好的滤波及去噪方法。关键词DOAS；SO；NO,；颗粒物；大气监测
中图分类号：P427.1
引言
文献标识码：A
D0I: 10. 3964/j.issn. 1000-0593(2016)12-383006
适用于夜间测量，且反演模型较为复杂。主动DOAS还只对气体浓度进行了测量，对颗粒浓度进行测量的研究很少。本文对主动DOAS同时测量多种气体及颗粒浓度进行了探索
石化燃料燃烧产生的SO。，NO。及颗粒物是形成酸雨和雾等大气环境问题的重要因素}，会导致人的呼吸道感染，影响农作物的生长以及质蚀古建筑。准确测量污染物浓度是节能减排，改善空气质量的重要科学依据。目前对气态污染物和颗粒物的测量方法和装置是分开的，没有统一的方法和装置能完成对气体和颗粒的同时测量。差分吸收光谱法 DOAS是一种非接触式，实时，操作简便，且成本低的光学方法，具有将气体吸收特性与颗粒散射特性分开的特点，成功应用于多种气体污染物的测量。DOAS因光源不同分为主动DOAS(光源为人工光源）和被动DOAS（光源为自然光源，如太阳光，月光），自前已有被动DOAS用于大气中颗粒浓度的测量3]。被动DOAS主要通过对比观测到的氧气二聚物O，的斜柱浓度，与利用大气辐射传递模型模拟得到的O 的斜柱浓度，二者一致时，则大气中的颗粒浓度即为辐射传递模型中预设的颗粒浓度。被动DOAS依赣于太阳光，不大
收稿日期：2015-10-16，修订日期：2016-02-10
基金项目：国家自然科学基金项目（51276165)资助
性研究，
原理方法
1
光穿过参与性介质，被吸收或散射而减弱，减弱后的光
强I(>)可由扩展兰伯特-比尔定律描述，如式(1)所示1
I(A) = I ()exp[L(≥ (α, ()c,) +
g () + (A)) + N()
(1)
其中，I。(>，L)是光源强度；L是光程，单位为cm6;（入)是气体j的吸收截面，单位为cm"·molecule-"，c,为气体j的浓度，单位为molecule·cm"；E（入)是空气分子的瑞利散射衰减系数，单位为cm-"；（入）是颗粒的米散射衰减系数，单位为cm-"；N(>)光子噪音。气体的吸收截面由两部分组成
作者简介：邹提书，女，1985年生，浙江大学能源工程学院热能工程研所在读博士研究生
万数据系人
e-mail: wangfei@zju. edu. cr
e-mail : zoujieshu(@ 126. com