气溶胶光学特性对宽谱差分吸收激光雷达NO_(2)质量浓度反演结果的影响

针对宽谱连续波差分吸收激光雷达(DIAL)的特点,通过仿真不同大气条件下的激光雷达信号,计算分析宽谱DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的二氧化氮(NO_(2))质量浓度反演误差。研究结果表明:当大气气溶胶均匀分布时,NO_(2)质量浓度反演误差主要取决于气溶胶消光效应,而后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差一般可忽略不计;当大气气溶胶非均匀分布时,气溶胶后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差依赖于气溶胶非均匀分布程度,且与波长指数成反比。此外,适当增大分段拟合距离可有效降低气溶胶后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差。利用光谱近似得到宽谱NO_(2)-DIAL气溶胶消光和后向散射效应引起的NO_(2)质量浓度反演误差的近似模型,通过对比模拟计算的结果,验证了近似模型评估NO_(2)质量浓度反演误差的可行性。

中红外差分吸收激光雷达探测苯气体浓度

苯作为挥发性有机化合物(VOCs)的重要组成部分,其大气污染状况日益引起人们的关注,中红外波段通常是分子的基频指纹吸收区,已成为痕量气体检测的重要波段,而差分吸收激光雷达是探测大气痕量气体的重要手段,故针对区域性苯浓度实时遥感问题,提出基于中红外带间级联激光器(ICL)的探测大气苯浓度路径积分型差分吸收(IPDA)激光雷达系统。首先,在分析IPDA激光雷达的探测原理的基础上,构建了IPDA激光雷达的反演算法及其误差分析模型。其次,详细分析来自HITRAN数据库的中红外3100 cm^(-1)附近苯以及主要干扰气体(如HCl,CH_(4)和H_(2)O)的吸收光谱,结合HCl和CH_(4)着重考虑了H_(2)O对探测结果的影响,选择IPDA激光雷达的测量波长和参考波长分别为3090.89和3137.74 cm^(-1)。再次,基于两个连续波ICL,设计了探测大气苯浓度IPDA激光雷达系统,并可通过控制温度和驱动电流调谐激光器的输出波长,使其波长分别稳定在强吸收谱区和弱吸收谱区,并设计了基于中红外衍射光栅的光谱分光子系统,以实现双波长接收信号的同步探测。最后,基于标准大气模型,仿真分析了不同路径长度、能见度和水汽浓度情况下激光雷达的探测性能,并搭建中红外波段检测气体池开展了测试实验,以验证该IPDA激光雷达系统的可行性。仿真及实验结果分析表明,当大气能见度为5 km,水汽浓度低于0.4%时,苯的浓度路径积(CL)在0.1~24 mg·m^(-3)·km范围内探测的相对误差优于10%,而苯的CL为5 mg·m^(-3)·km时探测相对误差优于1%;初步实验测试了中外红波段差分吸收激光雷达探测的线性相关系数R^(2)约为98.7%。

红外多谱线吸收激光雷达

在激光光谱学中,差分吸收光谱方法很好地解了背景吸收对测量的影响,并常用于各种激光探污雷达中。但差分吸收方法由于所选用的两条谱线的隔离,参考线的背景吸收并不能完全代替吸收线的背景吸收,常常伴有其他干扰成分的微弱吸收峰,影响了测量结果。 本文在差分吸收激光雷达方程的基础上,考虑在各参考线上有微弱吸收峰的情况。

大气痕量气体测量的光谱学和化学技术

简略评论了大气痕量气体测量的光谱学和化学技术。光谱技术方面重点介绍差分光学吸收光谱(DOAS)、差分吸收激光雷达(DIAL)、傅里叶变换红外光谱学(FTIR)和可调谐半导体激光吸收光谱(TD-LAS),化学测量技术介绍色谱、质谱和色-质联用技术、化学发光测量技术、基体分离和电子自旋共振技术以及超声膨胀技术等,并对宽带光谱测量、光谱技术之间、光谱技术与化学技术之间的联用趋势,以及仪器的小型化趋势作了展望。

环境污染监测的光学和光谱学技术

近年来,环境污染成为世界范围普遍关心的问题。由于光学和光谱学技术具有多功能如良好的选择性、大的动态范围、好的时间分辨率、易于操作和可以遥测等特点,吸引了人们极大的兴趣.本文描述几种采用紫外、可见和红外普通光作光源和激光作光源的光学和光谱学方法以及他们在环境污染探测中的应用。