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机载腔增强吸收光谱系统应用于大气NO2空间高时间分辨率测量

梁帅西 秦敏 段俊 方武 李昂 徐晋 卢雪 唐科 谢品华 刘建国 刘文清

机载腔增强吸收光谱系统应用于大气NO2空间高时间分辨率测量

梁帅西, 秦敏, 段俊, 方武, 李昂, 徐晋, 卢雪, 唐科, 谢品华, 刘建国, 刘文清
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  • 介绍了一套用于机载平台测量的非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)系统,并应用于实际大气NO2空间分布的高时间分辨率观测.为满足机载测量中对时间分辨率的需求,系统采用离轴抛物面镜代替消色差透镜提高光学耦合效率;并运用Allan方差,对系统性能进行了分析.通过腔增强吸收光谱系统与长光程吸收光谱系统对实际大气NO2的对比测试,两者线性相关系数R2达到0.86.将IBBCEAS系统应用于机载平台,在时间分辨率为2 s的情况下,探测限达到95 ppt(1).通过机载观测,获得了华北地区石家庄等地上空对流层大气NO2的廓线信息.
      通信作者: 秦敏, mqin@aiofm.ac.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:91544104,41571130023,61275151)和国家高技术研究发展计划(批准号:2014AA06A508)资助的课题.
    [1]

    Langridge J M, Ball S M, Jones R L 2006 Analyst 131 916

    [2]

    Lee J, Kim K H, Kim Y J, Lee J 2008 J. Environ. Manage. 86 750

    [3]

    Lee J S, Kim Y J, Kuk B, Geyer A, Platt U 2005 Environ. Monit. Assess. 104 281

    [4]

    Li Y Q, Demerjian K L, Zahniser M S, Nelson D D, Mcmanus J B, Herndon S C 2004 J. Geophys. Res. 109 D16S08

    [5]

    Thornton J A, Wooldridge P J, Cohen R C 2000 Anal. Chem. 72 528

    [6]

    Bucsela E J, Perring A E, Cohen R C, Boersma K F, Celarier E A, Gleason J F, Wenig M O, Bertram T H, Wooldridge P J, Dirksen R 2008 J. Geophys. Res. 42 4480

    [7]

    Boersma K F, Jacob D J, Bucsela E J, Perring A E, Dirksen R, JvdA R, Yantosca R M, Park R J, Wenig M O, Bertram T H 2008 Atmos. Environ. 42 4480

    [8]

    Wagner N L, Dub W P, Washenfelder R A, Young C J, Pollack I B, Ryerson T B, Brown S S 2011 Atmos. Meas. Tech. 4 1227

    [9]

    Kennedy O J, Ouyang B, Langridge J M, Daniels M J S, Bauguitte S, Freshwater R, McLeod M W, Ironmonger C, Sendall J, Norris O, Nightingale R, Ball S M, Jones R L 2011 Atmos. Measur. Tech. 4 1759

    [10]

    Volkamer R, Baidar S, Campos T L, Coburn S, DiGangi J P, Dix B, Eloranta E W, Koenig T K, Morley B, Ortega I, Pierce B R, Reeves M, Sinreich R, Wang S, Zondlo M A, Romashkin P A 2015 Atmos. Measur. Tech. 8 2121

    [11]

    Min K E, Washenfelder R A, Dub W P, Langford A O, Edwards P M, Zarzana K J, Stutz J, Lu K, Rohrer F, Zhang Y, Brown S S 2015 Atmos. Meas. Tech. Discuss. 8 11209

    [12]

    Heland J, Schlager H, Richter A, Burrows J P 2002 Geophys. Res. Lett. 29 44

    [13]

    Petritoli A, Bonasoni P, Giovanelli G, Ravegnani F, Kostadinov I, Bortoli D, Weiss A, Schaub D, Richter A, Fortezza F 2004 J. Geophys. Res. 109 D15307

    [14]

    Martin R V, Parrish D D, Ryerson T B, Nicks D K, Chance K, Kurosu T P, Jacob D J, Sturges E D, Fried A, Wert B P 2004 J. Geophys. Res. 109 D24307

    [15]

    Lamsal L N, Krotkov N A, Celarier E A, Swartz W H, Pickering K E, Bucsela E J, Gleason J F, Martin R V, Philip S, Irie H, Cede A, Herman J, Weinheimer A, Szykman J J, Knepp T N 2014 Atmos. Chem. Phys. 14 11587

    [16]

    Ventrillard-Courtillot I, O'Brien E S, Kassi S, Mjean G, Romanini D 2010 Appl. Phys. B 101 661

    [17]

    Hoch D J, Buxmann J, Sihler H, Phler D, Zetzsch C, Platt U 2014 Atmos. Measur. Tech. 7 199

    [18]

    Washenfelder R A, Attwood A R, Flores J M, Rudich Y, Brown S S 2015 Atmos. Meas. Tech. Discuss. 8 9927

    [19]

    Ling L, Xie P, Qin M, Fang W, Jiang Y, Hu R, Zheng N 2013 Chin. Opt. Lett. 11 77

    [20]

    Dong M L, Xu X Z, Zhao W X, Gu X J, Hu C J, Gai Y B, Gao X M, Huang W, Zhang W J 2014 J. Appl. Opt. 35 264 (in Chinese) [董美丽, 徐学哲, 赵卫雄, 顾学军, 胡长进, 盖艳波, 高晓明, 黄伟, 张为俊 2014 应用光学 35 264]

    [21]

    Duan J, Qin M, Fang W, Ling L Y, Hu R Z, Lu X, Shen L L, Wang D, Xie P H, Liu J G, Liu W Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 180701 (in Chinese) [段俊, 秦敏, 方武, 凌六一, 胡仁志, 卢雪, 沈兰兰, 王丹, 谢品华, 刘建国, 刘文清 2015 物理学报 64 180701]

    [22]

    Wu T, Zha Q, Chen W, Xu Z, Wang T, He X 2014 Atmos. Environ. 95 544

    [23]

    Wu F C, Li A, Xie P H, Chen H, Ling L Y, Xu J, Mou F S, Zhang J, Shen J C, Liu J G, Liu W Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 114211 (in Chinese) [吴丰成, 李昂, 谢品华, 陈浩, 凌六一, 徐晋, 牟福生, 张杰, 申进朝, 刘建国, 刘文清 2015 物理学报 64 114211]

    [24]

    Wang T, Wang P C, Yu H, Zhang X Y, Zhou B, Si F Q, Wang S S, Bai W G, Zhou H J, Zhao H 2013 Acta Phys. Sin. 62 054206 (in Chinese) [王婷, 王普才, 余环, 张兴赢, 周斌, 司福祺, 王珊珊, 白文广, 周海金, 赵恒 2013 物理学报 62 054206]

    [25]

    Washenfelder R A, Langford A O, Fuchs H, Brown S S 2008 Atmos. Chem. Phys. 8 7779

    [26]

    Shardanand, Rao A D P 1977 NASA Technical Note (Washington D. C: National Aeronautics and Space Administration)

    [27]

    Sneep M, Ubachs W 2005 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 92 293

    [28]

    Werle P, Mcke R, Slemr F 1993 Appl. Phys. B 57 131

    [29]

    Wu T, Zhao W, Chen W, Zhang W, Gao X 2008 Appl. Phys. B 94 85

  • [1]

    Langridge J M, Ball S M, Jones R L 2006 Analyst 131 916

    [2]

    Lee J, Kim K H, Kim Y J, Lee J 2008 J. Environ. Manage. 86 750

    [3]

    Lee J S, Kim Y J, Kuk B, Geyer A, Platt U 2005 Environ. Monit. Assess. 104 281

    [4]

    Li Y Q, Demerjian K L, Zahniser M S, Nelson D D, Mcmanus J B, Herndon S C 2004 J. Geophys. Res. 109 D16S08

    [5]

    Thornton J A, Wooldridge P J, Cohen R C 2000 Anal. Chem. 72 528

    [6]

    Bucsela E J, Perring A E, Cohen R C, Boersma K F, Celarier E A, Gleason J F, Wenig M O, Bertram T H, Wooldridge P J, Dirksen R 2008 J. Geophys. Res. 42 4480

    [7]

    Boersma K F, Jacob D J, Bucsela E J, Perring A E, Dirksen R, JvdA R, Yantosca R M, Park R J, Wenig M O, Bertram T H 2008 Atmos. Environ. 42 4480

    [8]

    Wagner N L, Dub W P, Washenfelder R A, Young C J, Pollack I B, Ryerson T B, Brown S S 2011 Atmos. Meas. Tech. 4 1227

    [9]

    Kennedy O J, Ouyang B, Langridge J M, Daniels M J S, Bauguitte S, Freshwater R, McLeod M W, Ironmonger C, Sendall J, Norris O, Nightingale R, Ball S M, Jones R L 2011 Atmos. Measur. Tech. 4 1759

    [10]

    Volkamer R, Baidar S, Campos T L, Coburn S, DiGangi J P, Dix B, Eloranta E W, Koenig T K, Morley B, Ortega I, Pierce B R, Reeves M, Sinreich R, Wang S, Zondlo M A, Romashkin P A 2015 Atmos. Measur. Tech. 8 2121

    [11]

    Min K E, Washenfelder R A, Dub W P, Langford A O, Edwards P M, Zarzana K J, Stutz J, Lu K, Rohrer F, Zhang Y, Brown S S 2015 Atmos. Meas. Tech. Discuss. 8 11209

    [12]

    Heland J, Schlager H, Richter A, Burrows J P 2002 Geophys. Res. Lett. 29 44

    [13]

    Petritoli A, Bonasoni P, Giovanelli G, Ravegnani F, Kostadinov I, Bortoli D, Weiss A, Schaub D, Richter A, Fortezza F 2004 J. Geophys. Res. 109 D15307

    [14]

    Martin R V, Parrish D D, Ryerson T B, Nicks D K, Chance K, Kurosu T P, Jacob D J, Sturges E D, Fried A, Wert B P 2004 J. Geophys. Res. 109 D24307

    [15]

    Lamsal L N, Krotkov N A, Celarier E A, Swartz W H, Pickering K E, Bucsela E J, Gleason J F, Martin R V, Philip S, Irie H, Cede A, Herman J, Weinheimer A, Szykman J J, Knepp T N 2014 Atmos. Chem. Phys. 14 11587

    [16]

    Ventrillard-Courtillot I, O'Brien E S, Kassi S, Mjean G, Romanini D 2010 Appl. Phys. B 101 661

    [17]

    Hoch D J, Buxmann J, Sihler H, Phler D, Zetzsch C, Platt U 2014 Atmos. Measur. Tech. 7 199

    [18]

    Washenfelder R A, Attwood A R, Flores J M, Rudich Y, Brown S S 2015 Atmos. Meas. Tech. Discuss. 8 9927

    [19]

    Ling L, Xie P, Qin M, Fang W, Jiang Y, Hu R, Zheng N 2013 Chin. Opt. Lett. 11 77

    [20]

    Dong M L, Xu X Z, Zhao W X, Gu X J, Hu C J, Gai Y B, Gao X M, Huang W, Zhang W J 2014 J. Appl. Opt. 35 264 (in Chinese) [董美丽, 徐学哲, 赵卫雄, 顾学军, 胡长进, 盖艳波, 高晓明, 黄伟, 张为俊 2014 应用光学 35 264]

    [21]

    Duan J, Qin M, Fang W, Ling L Y, Hu R Z, Lu X, Shen L L, Wang D, Xie P H, Liu J G, Liu W Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 180701 (in Chinese) [段俊, 秦敏, 方武, 凌六一, 胡仁志, 卢雪, 沈兰兰, 王丹, 谢品华, 刘建国, 刘文清 2015 物理学报 64 180701]

    [22]

    Wu T, Zha Q, Chen W, Xu Z, Wang T, He X 2014 Atmos. Environ. 95 544

    [23]

    Wu F C, Li A, Xie P H, Chen H, Ling L Y, Xu J, Mou F S, Zhang J, Shen J C, Liu J G, Liu W Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 114211 (in Chinese) [吴丰成, 李昂, 谢品华, 陈浩, 凌六一, 徐晋, 牟福生, 张杰, 申进朝, 刘建国, 刘文清 2015 物理学报 64 114211]

    [24]

    Wang T, Wang P C, Yu H, Zhang X Y, Zhou B, Si F Q, Wang S S, Bai W G, Zhou H J, Zhao H 2013 Acta Phys. Sin. 62 054206 (in Chinese) [王婷, 王普才, 余环, 张兴赢, 周斌, 司福祺, 王珊珊, 白文广, 周海金, 赵恒 2013 物理学报 62 054206]

    [25]

    Washenfelder R A, Langford A O, Fuchs H, Brown S S 2008 Atmos. Chem. Phys. 8 7779

    [26]

    Shardanand, Rao A D P 1977 NASA Technical Note (Washington D. C: National Aeronautics and Space Administration)

    [27]

    Sneep M, Ubachs W 2005 J. Quantit. Spectrosc. Radiat. Trans. 92 293

    [28]

    Werle P, Mcke R, Slemr F 1993 Appl. Phys. B 57 131

    [29]

    Wu T, Zhao W, Chen W, Zhang W, Gao X 2008 Appl. Phys. B 94 85

  • [1] 徐晋, 谢品华, 司福祺, 李昂, 刘文清. 机载多轴差分吸收光谱技术获取对流层NO2垂直柱浓度的研究. 物理学报, 2012, 61(2): 024204. doi: 10.7498/aps.61.024204
    [2] 刘进, 司福祺, 周海金, 赵敏杰, 窦科, 王煜, 刘文清. 机载成像差分吸收光谱技术测量区域NO2二维分布研究. 物理学报, 2015, 64(3): 034217. doi: 10.7498/aps.64.034217
    [3] 徐晋, 谢品华, 司福祺, 李昂, 周海金, 吴丰成, 王杨, 刘建国, 刘文清. 基于机载平台的NO2 垂直廓线反演灵敏度研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104214. doi: 10.7498/aps.62.104214
    [4] 凌六一, 秦敏, 谢品华, 胡仁志, 方武, 江宇, 刘建国, 刘文清. 基于LED光源的非相干宽带腔增强吸收光谱技术探测HONO和NO2. 物理学报, 2012, 61(14): 140703. doi: 10.7498/aps.61.140703
    [5] 凌六一, 谢品华, 林攀攀, 黄友锐, 秦敏, 段俊, 胡仁志, 吴丰成. 基于O2-O2吸收的非相干宽带腔增强吸收光谱浓度反演方法研究. 物理学报, 2015, 64(13): 130705. doi: 10.7498/aps.64.130705
    [6] 吴丰成, 李昂, 谢品华, 陈浩, 凌六一, 徐晋, 牟福生, 张杰, 申进朝, 刘建国, 刘文清. 车载多轴差分吸收光谱探测对流层NO2分布研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114211. doi: 10.7498/aps.64.114211
    [7] 王杨, 李昂, 谢品华, 陈浩, 牟福生, 徐晋, 吴丰成, 曾议, 刘建国, 刘文清. 多轴差分吸收光谱技术测量NO2对流层垂直分布及垂直柱浓度. 物理学报, 2013, 62(20): 200705. doi: 10.7498/aps.62.200705
    [8] 段俊, 秦敏, 方武, 凌六一, 胡仁志, 卢雪, 沈兰兰, 王丹, 谢品华, 刘建国, 刘文清. 非相干宽带腔增强吸收光谱技术应用于实际大气亚硝酸的测量. 物理学报, 2015, 64(18): 180701. doi: 10.7498/aps.64.180701
    [9] 寇添, 于雷, 周中良, 王海晏, 阮铖巍, 刘宏强. 机载光电系统探测空中机动目标的光谱辐射特征研究. 物理学报, 2017, 66(4): 049501. doi: 10.7498/aps.66.049501
    [10] 王杨, 谢品华, 李昂, 曾议, 徐晋, 司福祺. 直射太阳光差分吸收光谱法测量合肥NO2 整层柱浓度. 物理学报, 2012, 61(11): 114209. doi: 10.7498/aps.61.114209
    [11] 王杨, 李昂, 谢品华, 陈浩, 徐晋, 吴丰成, 刘建国, 刘文清. 多轴差分吸收光谱技术反演气溶胶消光系数垂直廓线. 物理学报, 2013, 62(18): 180705. doi: 10.7498/aps.62.180705
    [12] 董美丽, 赵卫雄, 程跃, 胡长进, 顾学军, 张为俊. 宽带腔增强吸收光谱技术应用于痕量气体探测及气溶胶消光系数测量. 物理学报, 2012, 61(6): 060702. doi: 10.7498/aps.61.060702
    [13] 韩舸, 龚威, 马昕, 相成志, 梁艾琳, 郑玉新. 地基CO2廓线探测差分吸收激光雷达. 物理学报, 2015, 64(24): 244206. doi: 10.7498/aps.64.244206
    [14] 王婷, 王普才, 余环, 张兴赢, 周斌, 司福祺, 王珊珊, 白文广, 周海金, 赵恒. 多轴差分吸收光谱仪反演大气NO2的比对试验. 物理学报, 2013, 62(5): 054206. doi: 10.7498/aps.62.054206
    [15] 周海金, 刘文清, 司福祺, 窦科. 多轴差分吸收光谱技术测量近地面NO2体积混合比浓度方法研究. 物理学报, 2013, 62(4): 044216. doi: 10.7498/aps.62.044216
    [16] 朱湘飞, 林兆祥, 刘林美, 邵君宜, 龚威. 温度压强对CO2吸收光谱的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 174203. doi: 10.7498/aps.63.174203
    [17] 邵君宜, 林兆祥, 刘林美, 龚威. 1.572 μm附近CO2吸收光谱的测量. 物理学报, 2017, 66(10): 104206. doi: 10.7498/aps.66.104206
    [18] 谭维翰. 红宝石吸收光谱中锐线能级与分裂计算. 物理学报, 1963, 19(7): 409-424. doi: 10.7498/aps.19.409
    [19] 赵现斌, 孔毅, 严卫, 艾未华, 刘文俊. 机载合成孔径雷达海面风场探测辐射定标精度要求研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148404. doi: 10.7498/aps.61.148404
    [20] 艾未华, 孔毅, 赵现斌. 基于小波的多极化机载合成孔径雷达海面风向反演. 物理学报, 2012, 61(14): 148403. doi: 10.7498/aps.61.148403
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-11-24
  • 修回日期:  2017-01-17
  • 刊出日期:  2017-05-05

机载腔增强吸收光谱系统应用于大气NO2空间高时间分辨率测量

  • 1. 中国科学院合肥物质科学研究院, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031;
  • 2. 中国科学技术大学, 合肥 230026;
  • 3. 中国科学院区域大气环境研究卓越创新中心, 厦门 361021
  • 通信作者: 秦敏, mqin@aiofm.ac.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:91544104,41571130023,61275151)和国家高技术研究发展计划(批准号:2014AA06A508)资助的课题.

摘要: 介绍了一套用于机载平台测量的非相干宽带腔增强吸收光谱(IBBCEAS)系统,并应用于实际大气NO2空间分布的高时间分辨率观测.为满足机载测量中对时间分辨率的需求,系统采用离轴抛物面镜代替消色差透镜提高光学耦合效率;并运用Allan方差,对系统性能进行了分析.通过腔增强吸收光谱系统与长光程吸收光谱系统对实际大气NO2的对比测试,两者线性相关系数R2达到0.86.将IBBCEAS系统应用于机载平台,在时间分辨率为2 s的情况下,探测限达到95 ppt(1).通过机载观测,获得了华北地区石家庄等地上空对流层大气NO2的廓线信息.

English Abstract

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