宽带腔增强吸收光谱法测量大气No2定标方法研究

非相干宽带腔增强吸收光谱法定量探测大气痕量气体浓度需要准确定标。以定量探测大气NO_2为目的,建立了基于蓝色发光二极管光源的非相干宽带腔增强吸收光谱测量系统,研究了(1)仅使用浓度已知的NO_2吸收光谱、(2)同时使用浓度已知的NO_2和纯氧气中氧气二聚体O_2—O_2吸收光谱、(3)利用纯氮气和纯氦气的瑞利散射消光差异等三种方法,分别获取非相干宽带腔增强吸收光谱在430~490nm波段的镜片反射率定标曲线。三种方法得到的镜片反射率最大值对应波长均约为460nm,但这些最大值存在一定差异,分别为0.999 25,0.999 33和0.999 37。利用NO_2样气吸收测量对比了三种定标方法,发现方法(1)与另外两种方法的测量结果不一致性分别约为14%和19%,而后两种方法所测结果的不一致性仅为4%。测量结果表明,NO_2标准气体浓度的不准确性以及壁损耗等因素恶化了方法(1)的定标精度,应尽量避免使用该定标方法。通过对实际大气中NO_2和O_2—O_2在440~485nm波段内的同时测量,进一步验证了非相干宽带腔增强吸收光谱法的高灵敏度以及所用标定方法的有效性。

电化学传感器监测大气NO2数据校正方法研究

四电极NO2电化学传感器作为一种新型的大气NO2传感器,受到越来越多科研工作者的重视。但零点电流、环境温湿度会对NO2电化学传感器工作产生很大干扰,为此文中提出一种数据校正方法来补偿环境因素对大气NO2测量结果的影响。在实验室条件下,先测试传感器系统的稳定性,再测量零点背景电流、传感器响应及温湿度,建立了NO2传感器测量数据校正方法。为验证校正方法可行性,利用该系统对大气NO2进行了连续72 h观测,并与同位置蓝色激光光源CRDS系统的测量结果进行了对比,发现未经温湿度补偿的该系统数据与CRDS数据相关性R2为0.80,经补偿后的数据与CRDS的相关性提高到0.95。结果表明,该方法可有效补偿环境因素对电化学传感器测量大气NO2影响,也给其他电化学传感器温湿度校正提供了理论依据。

天山北坡河谷型城市大气NO2和SO2时空变化及影响因素分析

基于地基多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)于2017年1月—2018年12月在天山北坡城市监测并结合气象、工厂、车流量等因素分析天山北坡河谷型城市大气NO2和SO2污染状况,结果表明,同一时刻天山北坡河谷型城市大气NO2垂直柱浓度(VCD)高于SO2 VCD,均呈现中午低、早晚高的特征,且冬季>春季>秋季>夏季。在空间上,天山北坡河谷型城市的工厂、交通干道以及靠近天山山脉处的大气NO2 VCD较高。天山北坡河谷型城市地处谷底,易产生逆温层,大气污染物不易扩散。因城市布局的特点,每当西风盛行时,阜康市与乌苏市大气污染会加重,博乐市大气污染会降低,且外来气团携带的大气污染物会加重天山北坡河谷型城市的大气NO2和SO 2污染程度。产业类型不同对城市大气NO2和SO2的污染程度不同,第二产业为主的城市污染程度最严重,第三产业为主的城市污染程度次之,第一产业为主的城市污染程度最低。

利用天顶光光谱和天空光光谱测量大气NO_2含量和角空间分布

研究了一种用地基天顶光-天空光光谱数据反演大气NO2倾斜柱体密度的有效方法。利用该方法计算了同一方位不同倾角（10°～85°）下的倾斜柱体密度（在0.5～11×1016 molecule·cm^-2范围），以及同一倾角不同方位的NO2倾斜柱体密度（1016～1017molecule·cm^-2量级）。结果与实际大气状况有很好的相关性。不同方位及倾角的NO2倾斜柱体密度不同，体现出角空间分布特征。该方法中，由同一仪器同时采集天顶光光谱和其他方向的天空光光谱，提高了测量准确度。该方法有利于实时监测空间任意方向NO2的含量，尤其靠近地面的NO2局部污染，更适合多阴雨地区（在地面上很难采集到良好的直射太阳光谱）的污染监测。

大气NO2影响植物生长与代谢的研究进展

二氧化氮(NO_2)是大气氮氧化物之一,是大气气溶胶颗粒形成的主要成分,降低大气NO_2浓度可减轻空气中的雾霾.大气NO_2通过干沉降和湿沉降两种方式降落到植物叶片.植物吸收NO_2后主要通过两种代谢途径来降低空气中NO_2浓度:一是主要在细胞质和叶绿体中利用还原酶的氮代谢途径,二是在质外体和细胞质中的歧化反应.植物吸收NO_2干扰了植物正常的生长和生理代谢,包括:植物营养和生殖生长,植物体内硝酸还原酶(NaR)活性、亚硝酸还原酶(NiR)活性、氮素吸收、光合等生理代谢过程.对目前国内外有关大气NO_2影响植物生长与代谢的研究进展进行了综述,并对植物吸收NO_2的生理及分子机制的未来研究方向进行了展望.

低成本高分辨电化学传感技术探测大气NO2的研究

为有序疏解大气NO_2监测环境日益复杂及成本高昂的光学探测仪器缺乏灵活性的困扰,研制了基于低成本电化学传感技术的测量系统,以四电极电化学传感器为NO_2浓度传感载体,基于差分算法补偿痕量浓度下零点电流漂移的干扰,实现了对大气NO_2的定量.结果表明,系统在摆脱有线数传束缚的基础上可稳定探测NO_2,对100 ppbv的NO_2标气响应时间T90<34 s,标定探得其灵敏度为0.242 m V·ppbv-1,时间分辨率为10 s时探测限为1.5 ppbv(3σ).为验证准确性,将系统置于合肥西北郊科学岛进行了连续2个昼夜的大气NO_2测量,并与参考设备CRDS系统对比,探讨了测量结果,发现除去该系统因环境湿度贴近极限工作湿度时测量结果奇异部分,二者表现出良好的一致性,R2达到0.940,线性拟合斜率为1.047±0.006,接着分析了温湿度和其他痕量气体等干扰源.研究表明,本技术可为大气NO_2高分辨在线监测提供一种低成本便携途径.

基于光纤耦合长光程LED-DOAS技术的大气NO2测量研究

大气中NO2的含量在10-9量级。研究了一种以发光二极管(LED)为光源的光纤耦合长光程差分吸收光谱(DOAS)系统,用于测量大气NO2。对比了四种不同类型和波段的蓝光LED,确定以中心波长451nm的CREE宝蓝LED为测量光源。在0.8km的测量光程、2min的测量时间分辨率的情况下,在445nm^465nm光谱反演波段内得到NO2的探测限为3.36×10-9。利用系统对大气NO2的浓度进行了一整天的连续观测,通过对吸收光谱的分析计算,反演出的大气NO2浓度在(7~31)×10-9之间变化。测量结果表明,将光纤耦合技术与LED光源的长光程DOAS系统相结合后,可实现大气NO2的高灵敏、高时间分辨率探测。

开放光路非相干宽带腔增强吸收光谱技术测量大气NO_2

采用蓝色发光二极管(LED)作为非相干宽带腔增强吸收光谱技术(IBBCEAS)系统光源,测量了436～470nm波段内NO2样气的吸收,验证IBBCEAS的高探测灵敏度。通过氮气和氦气两者瑞利散射截面的差异标定了镜片在430～490nm波段内的反射率,并利用纯氧中氧气二聚体(O2-O2)在477nm处的吸收验证了镜片反射率标定的准确性。镜片反射率在461nm处最大且为0.99937,光学腔长度为73.5cm时的最大有效光程为1.17km。当光谱采集时间为20s时,NO2的探测灵敏度(1σ)达到了0.25×10-9。进行了开放光路下环境大气中NO2和O2-O2在454～486nm波段内的吸收测量,结果表明大气中气溶胶等颗粒物的Mie散射消光降低了IBBCEAS仪器的探测灵敏度(1.04×10-9)。大气中O2-O2的测量为IBBCEAS吸收光程的在线标定提供了一种可行的途径。

基于光谱稳定LED光源的长光程DOAS的大气NO_2探测

针对LED光谱容易产生漂移从而影响差分光学吸收谱(DOAS)系统的测量性能,研究了温度和驱动电流对蓝光LED(LZ1-00B205)光谱产生漂移的影响,发现LZ1-00B205中心波长随温度和电流的变化分别为+0.025nm/℃和-0.003 2nm/mA。通过对LZ1-00B205进行恒温控制(误差约为±0.1℃)和恒流驱动(电流波动<1%),有效抑制了LED光谱的波长漂移和光强波动。使用改进后的LZ1-00B205作为长光程DOAS系统光源,对大气NO2进行了监测。当光程为760m时,系统的探测限为4×10-9。实验结果表明,光谱稳定后的LED适于做DOAS系统的测量光源。通过稳定LED光谱改善DOAS反演结果,这种方法不需要反复测量参考光谱,简化了DOAS系统的操作过程,同时提高了测量精度。

差分吸收激光雷达系统探测背景大气SO2和NO2

研制了一套可用于探测背景大气SO_2和NO_2的差分吸收激光雷达系统。该系统利用两台Nd…YAG激光器的二倍频和三倍频产生532nm/355nm的激光,分别去抽运四台窄线宽的染料激光器,从而获得测量大气SO_2和NO_2分布所需的两对激光波长300.05nm/301.5nm和446.6nm/448.1nm。实验数据表明,在晴朗的天气条件下,当空间分辨率为15 m且积分时间为30 min时,大气SO_2和NO_2的测量精度分别可达±2.0×10^(-9)和±5.0×10^(-9),激光雷达探测的大气SO_2和NO_2平均浓度与当地气象部门同时间报告的浓度较一致,显示了差分吸收激光雷达技术监测低浓度SO_2和NO_2时空分布的能力。

基于遥感监测和气流轨迹的酸雨成因研究

酸雨对生态系统的危害已经引起全世界的广泛关注,探讨其形成机制是控制酸雨污染的重要研究基础。本研究基于遥感监测的降水发生前后的致酸前体物大气SO2和NO2柱浓度数据,利用气流轨迹方法探讨了辽宁省大连和丹东2007年典型场次酸雨的形成机制。研究结果显示,卫星遥感影像与气流轨迹法相结合可以有效地表达酸雨前体物的来源、传输模式及降雨对致酸前体物的清除效果,为科学、合理地判断酸雨沉降机制提供了更加直观、有效的技术支持。