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DOAS大气成份测量原理与数据处理 苏航 2007202131 目 录 一、差分吸收光谱监测系统(DOAS)介绍 1、DOAS仪器简介 2、DOAS仪器特点 3、DOAS观测地点介绍 4、DOAS仪器测量原理 5、DOAS仪器结构介绍 二、DOAS测量数据基本处理及讨论 1、DOAS测量数据处理说明 2、DOAS测量结果绘图 3、DOAS测量结果分析 三、利用DOAS观测数据对南京地区几种常规气体的干沉积通量密度进行数值模拟研究 1、基本概念 2、干沉积的物理过程及衡量因子 3、干沉积模式 4、计算结果与讨论 5、展望 四、思考题 1、差分吸收光谱(DOAS) 监测系统主要由哪几个部分组成？ 2、气体的干沉积经历了哪几个物理过程？ 3、简述DOAS仪器工作原理 1、DOAS仪器简介 差分光学吸收光谱技术DOAS( Differential Optical Absorption Spectroscopy ) 是Platt等人在20世纪70年代提出的，并且成功地应用于对流层和平流层痕量气体的测量，是一种研究大气痕量气体成分的有力遥测手段。DOAS 技术是环境空气质量监测的第三代技术，是一种集光、机、电及计算机技术于一体的高科技技术。如今,DOAS技术在国内外都得到了普遍的应用,已发展成为环境空气质量监测的主流技术。 2、DOAS仪器特点 无需采样，可以避免在采样过程中由于采样损失及观测成分发生化学变化等因素造成的影响。 DOAS技术测量的是一段光程（几百米——几公里）气体的平均浓度，其结果比点式仪器更具有代表性，避免了集中排放源对测量的干扰。 采用DOAS方法无需对样品进行预处理，能实时、在线、多气体成分同时监测，具有无需人值守的特点。 高时间分辨率（几十秒到十几分钟）和低探测限（ppb），能更精确的反应出气体的浓度。 3、DOAS观测地点介绍 DOAS差分吸收光谱仪安装在南京信息工程大学校园东校区的气象楼顶。南京信息工程大学位于长江的西北方，在南京城郊6公里处。其南部邻接龙王山北麓， 在东边大约3公里处有一个包括钢铁厂、化工厂和发电厂的工业区，其它方向被农业区域所包围。 4、DOAS仪器原理及结构介绍 （1） 仪器工作原理 DOAS方法就是用高压氙灯发出的强紫外-可见光作为光源,经过一段长距离(一般为200~1000m)的传输后,由接收望远镜接收。由于光在传输过程中,会被大气中的气体分子选择性地吸收,使得接收光的光谱与光源发出的有所不同,不同的气体以及同一气体在不同的波段对光的吸收是不同的,通过分析某一波段的差分吸收光谱,就可得出相应的气体在大气中的浓度。 由发射器光源发射的平行光束直接射向接收器，在测量光路上受到分子和颗粒物的散射和吸收，接收器接收到的光通过光纤引入到分析仪的分光计中。在分光计内，转动光栅此时所在的位置会对某一特定波长段的光产生折射，折射光首先投射到位于光电倍增检测器或红外感光二极管前的高速扫描狭缝上，使用光触发信号选择性地将部份光谱记录下来。样本由检测器输出的电流经过12位模数转换器转换成数字信号，存储在一个连接在计算机上的多通道存储器中。 （2）仪器理论原理 DOAS差分吸收光谱法是通过窄带分子的特征吸收波段来区分微量气体种类；并基于最小二乘原理, 利用测量的大气光谱的差分吸收光学密度与标准的吸收截面进行最小二乘法拟合, 确定待测气体的浓度。 DOAS原理基于Beer-Bouguer-Lambert定律，通过均匀消光介质传输的辐射强度按简单的指数函数减弱，该指数函数的自变量是质量消光截面和路径长度的乘积： 其中，I(?)为通过大气后光强，I0(?)为发射光强，L表示光程长度，??(?)是吸收截面，C为气体浓度，?为波长。 如果已知光程长度和气体的特征吸收截面，则可以得到气体的浓度： 在实际大气测量中，由于存在分子瑞利散射和气溶胶散射，发射光强度I0(?)不能够直接确定。差分吸收的核心思想是将分子吸收截面分为两部分：随波长快变化部分(?(?))和随波长的慢变化部分(??(?)) 。 其中 引入差分光学密度概念 则气体浓度为： 因为大气分子的瑞利散射和米散射都是随波长慢变化，所以它们的影响被去除。DOAS技术只能分析具有窄带吸收结构的气体分子。实际数据处理时，吸收截面的分离由适当的数值滤波来实现，通过与做过相同滤波处理的已知气体吸收截面做非线性最小二乘拟合，得到气体浓度。 發射器及接收器 氙燈 能發出具有穩定光