第33卷，第4期 2013年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 33, No. 4, pp895-898
April,2013
目标差分吸收光谱技术测量大气NO，平均浓度的方法研究
进，司福祺，，周海金，赵敏杰，窦刘
科，刘文清
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，安激合肥230031
摘要介绍了一种测量近地面大气NO，平均浓度的新方法———目标差分吸收光谱方法，即targetDOAS（targetdifferenceabsorptionspectrumtechnology）。该方法基于被动差分吸收光谱技术，测量墙体、山体等目标的太阳反射光谱，通过差分吸收光谱算法反演得到目标与仪器之间NO，浓度沿路径的积分值SCD(slantcolumndensity)，同时仪器到目标之间的距离已知，并通过选取待定的参考光谱扣除目标到大气顶质的痕量气体吸收，最终计算出仪器和目标之间的大气NO，平均浓度。利用建立的目标DOAS系统在合肥开展了观测实验，成功获取了观测地大气NO，浓度。观测结果与主动长光程差分吸收光谱仪观测数据进行对
比，二者呈现较好的一致性，验证了该方法的可行性。关键词
二氧化氮；目标差分吸收光谱技术；平均浓度
中图分类号：O433.3，X511
引言
文献标识码：A
NO是一种具有高度活性的棕红色气态物质，在酸用、臭氧的形成和大气的光化学反应等过程中起着重要的作用")，是对流层中的主要污染气体之一。对流层中的NO主要来自人为源的排放，如机动车尾气、电厂废气等。NO污染对生态环境和人体健康具有很大的危害，因此开展近地面大气中NO，的长期监测具有重要意义。
目前测量近地面NO浓度信息的方法主要包括点式化学发光测量法、长光程主动差分吸收光谱法[")(LP-DOAS)、被动DOAS方法[3.4]等。相对来说，点式化学发光测量法过程比较复杂，且获得的是某一点附近的气体浓度，代表性有限：LP-DOAS需要用到人工光源，安装与维护比较烦项；被动DOAS方法利用太阳光作为光源，易于维护，目前主要应用于对整层大气中痕量气体垂直柱浓度[5)、席线()和大气气溶胶(7.8等的测量。
为获得近地面痕量气体的平均浓度，对被动DOAS方法进行拓展，发展了基于目标反射技术的方法，即目标DOAS 方法。该方法选取暴露于太阳光下的建筑物墙体或山体等目标的散射光作为光源，并通过选特定的参考谱扣除目标到大气顶层的痕量气体吸收。目标到望远镜的距离即路径长度已知，由此可通过DOAS方法反演计算出仪器与目标之间的
收稿日期：2012-09-03，修订日期：2012-11-20 基金项目：国家自热科学基金项目(41275037)资助
DOI:10.3964/j.issn.10000593(2013)04-0895-04
NO平均浓度。基于此方法对合肥地区公路上空的NO，平均浓度进行了测量，并与LP-DOAS的测量数据进行对比，验证了该方法的可行性。
理原
1.1
DOAS基本原理
DOAS的基本原理是Lambert-Beer定律[9]，人射光I。
(a)经大气中分子吸收、Rayleigh和Mie散射消光作用而发生衰减，假设路径L上气体浓度均匀，出射光可表示为
(2g(a)g +e(a)+a(a)] (1)
(a) = L.(a)expl-L(2。
其中a,（a）是所测气体的分子吸收截面，c;是气体浓度，n是所测气体的种类数，ER（a）和em（a）分别表示Rayleigh射、 Mie散射的消光系数
DOAS的核心思想是引人了“差分”的概念，即将吸收截
面分为两个部分
o,=d+a
(2)
其中为宽状结构光谱（即“慢变化"部分)，。，为差分吸收截面(即"快变化"部分)，其反映了窄带光谱结构。由于Ray-leigh和Mie的吸收都是随着波长入做“慢变化”的，光谱分析中可以通过滤除“慢变化”只考虑“快变化”部分，消除来自 Rayleigh和Mie散射的干扰，从而获得痕衰量气体浓度信息。
作者简介：刘进，1987年生，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博土研究生
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万方数据
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