基于月光散射的面阵FTIR硫化物排放测量研究

常见的被动型或采用日光光源的逐点扫描型傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量易受杂散光干扰,无法得到较高时空精度气体浓度分布,因此面阵型FTIR技术在污染气体遥测中越来越得到重视。本文利用波长范围7.4~12.5μm小型面阵FTIR设备,在夜间借助月光散射对我国北方某化工园区进行污染物排放实验测量,测量区域包括烟囱排放区和化工设备排放区,经原始干涉数据处理和反傅里叶变换得到了全波段辐亮度灰度图,观测到烟囱口附近白色排放气体团,辐亮度较背景高;化工设备排放区三块黑色云,辐亮度较背景低,存在吸收效应。实验测量中,以月亮为原位标准光源进行了原位光谱辐亮度标定,其中光源不确定度为7%,数值处理方法精度6%,FTIR测量均方误差最高约为9%。根据本文建立的基于红外高光谱的污染物空间浓度分布计算模型,与HITRAN数据库给出的计算谱线对比,确定污染物主要为硫化物(SO_(2),H_(2)S),特征峰分别为1060 cm^(-1)、1310 cm^(-1)与1020 cm^(-1)、1210 cm^(-1),结合标定数据给出了气体云辐亮度的时空分布,其成像周期1.5 s,排放气体云团空间分辨率约为0.4 m×0.4 m。根据反演得到的污染物排放浓度时空云图可知,两个烟囱受东南风影响与水平方向分别呈60°、30°向西北飘散,气体浓度均在距排放口约30 m处飘散到本文设定的最低检测限19 ppm·m以下。本文发展的基于月光散射面阵型FTIR测量方法,实现了高时空分辨率、高精度的污染气体测量,对化工污染气体、温室气体排放定量测量具有重要意义。