基于MAX-DOAS观测大气Ring效应的气溶胶光学特性研究

来源 :中国科学院高能物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbdltx
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地基被动DOAS作为一种光学遥测手段,已经成功应用于大气气溶胶和痕量气体监测领域,对掌握地区大气污染物的排放特征、时空分布和演变具有重要意义。被动DOAS技术在地基、机载及星载平台通过对获取的光谱利用DOAS算法进行反演,提取痕量气体柱浓度和气溶胶信息。目前在被动DOAS技术反演中,精确的Ring效应纠正是提高痕量气体反演精度的关键要素,Ring效应是由于大气分子的转动拉曼散射导致的太阳夫琅禾费线的填充,这种填充效应受到气溶胶光学性质的影响,以往的研究在光谱解析过程中仅将Ring效应作为痕量气体反演过程的一种干扰进行去除,少有通过Ring效应测量对大气气溶胶光学特性进行研究。  本论文针对大气气溶胶光学特性参数获取的问题,开展基于MAX-DOAS观测大气Ring效应的气溶胶光学参数(AOD、非对称因子、SSA、垂直分布)遥测方法研究,重点开展基于模型仿真的气溶胶光学参数灵敏度影响研究、基于查表方法的气溶胶光学特性反演方法研究,通过外场观测及对比实验,建立基于大气Ring效应的气溶胶多参数遥测方法。  (1)研究了基于大气辐射传输模型和多轴DOAS测量的大气Ring效应获取方法。通过转动拉曼散射光谱与太阳光谱的卷积的方法获得Ring标准截面,并代入被动DOAS光谱反演获取Ring效应强度因子即转动拉曼散射几率(RSP)。同时开展利用大气辐射传输模型McArtim模型计算RSP的研究。  (2)基于McArtim模型模拟仿真开展了大气Ring效应对气溶胶光学参量(气溶胶光学厚度,边界层高度,单次散射反照率,非对称因子)、观测几何(太阳天顶角、望远镜俯仰角和相对方位角)以及地表反照率等的敏感性研究。通过敏感性分析选择最合适的观测波段、观测姿态以及其它相关参数等,确定由Ring效应来获得气溶胶光学参数的最佳测量方法,并对现有测量系统进行优化。  (3)建立了基于参数化查表法的气溶胶光学参数反演方法。基于McArtim模型并结合我国实际的大气状态作为模拟输入,建立了Ring效应的多维查找表。根据地基MAX-DOAS测量的大气Ring效应,实现气溶胶参数查表算法,得到气溶胶消光系数、非对称因子等光学参数。  (4)在合肥开展了外场观测实验,将MAX-DOAS反演的气溶胶光学厚度及廓线、非对称因子和太阳光度计结果进行了对比,结果一致性较好。  本文研究表明,地基MAX-DOAS观测大气Ring效应可用于气溶胶廓线和非对称因子等参数的反演,进一步拓展了地基MAX-DOAS在气溶胶光学参数监测方面的应用,为气溶胶研究提供一种新的光学探测手段。
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