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应用多光路主动DOAS研究大气污染物及其时空分布

2020-12-15阅读(811)

应用多光路主动DOAS研究大气污染物及其时空分布

论文摘要

本课题以多光路主动DOAS （差分光学吸收光谱仪）为测量手段,对上海市区及郊外的NO2、O3、SO2和HONO（气态亚硝酸）等大气污染物及其时空分布进行观测和研究。第二章介绍了自行研制的多光路主动DOAS。该系统将4套发射/接收望远镜集成于一体,可发射4条相互独立的测量光路,光路间的最大发散角度可达28°,4条光路共用同一盏短弧氙灯作为光源,可对4条光路上的污染物浓度进行同时测量。进而对4条光路间的固有测量差异进行测试,使4条光路对准同一组角反射镜,测量同一区域内的N02浓度,对它们的测量结果以线性回归的方式进行对比,结果表明4条光路的测量结果具有良好的一致性,任意两条光路间的相关系数（R2）均在0.97以上,平均差异小于1 ppb。正式观测分为两个阶段：第一个阶段为论文的第三章,侧重观测污物的垂直分布,每次只观测1种污染物,在上海市区的复旦大学观测点对NO2和SO2各进行了约1个月的观测；第二个阶段为论文的第四章,侧重研究污染物的时间变化规律及不同污染物的相互关系,对4种污染物进行同时观测,积累了超过1年的数据,并在郊外另设置了一个汾湖观测点进行对照观测。第一阶段使用面阵CCD传感器测量光谱,在复旦大学观测点进行污染物垂直分布观测,观测的高度范围为0～88 m,在垂直方向平均分为4层。2008年10月至11月对NO2的垂直分布进行了为期近1个月的观测,2009年4至6月对SO2的垂直分布进行了为期1个多月的观测。观测结果表明：（1）NO2浓度的日变化规律为双峰特性,高峰出现在早晨和傍晚,低谷出现在午后和凌晨；在垂直方向上,各时段均为44～66 m高度层浓度最高,66～88m高度层浓度最低,浓度的垂直梯度夜间高于白天,最大层间差异出现在傍晚,达17ppb,上午的层间差异最小,最大仅3 ppb。（2）SO2的浓度变化具有很强的随机性,平均日变化规律为单峰特性,峰值出现在午；SO2在观测范围内的垂直分布相对均匀,层间差异不超过3ppb；平均垂直廓线呈反S形,44～66 m高度层和0～22 m高度层平均浓度略高于另外两层；SO2浓度较低时,地面附近的浓度略高于高空,污染气团入侵时情况相反。第二阶段改用集成型PDA光谱仪测量光谱,同时观测NO2、O3、SO2和HONO的浓度,但因仪器限制,仅对1条光路进行测量。在复旦大学的观测从2009年6月进行到2010年10月,在汾湖观测点进行了对照观测,从2010年7月持续到同年10月。根据观测数据,研究了4种污染物的同变化和季节变化趋势、气象因素与污染程度的关系、污染的周末效应、HONO对光化学污染的影响,并对两个观测点的污染特状况和特征行了对比。本阶段研究得出以下结论：（1）复旦大学观测点各季节的NO2浓度日变化趋势均为双峰特性,高峰出现在清晨和傍晚,低谷出现在午后和凌晨；浓度的季节变化规律是冬季>秋季>春季>夏季；气象因素分析表明该观测点处于NO2浓度高值区,浓度与风速呈现明显的负相关性,并有较强的风向敏感性；该观测点的NO2污染有明显的周末效应,工作日晚高峰平均浓度比节假日高6ppb。汾湖观测点的NO2浓度日变化趋势为单峰特性,峰值出现在凌晨,谷值出现在下午,平均浓度低于复旦大学观测点。（2）两个观测点的O3浓度日变化趋势均为单峰特性,高峰出现在下午,低谷出现在凌晨。复旦大学观测点的O3浓度季节变化规律是春季>夏季>秋季>冬季；气象因素分析表明该观测点附近O3浓度分布较均匀,O3浓度与风速和风向的相关性都比较低。汾湖观测点存在严重的光化学污染,观测到的最大O3小时平均浓度为211ppb。（3）SO2各季节的平均日变化趋势一般为单峰或不规则多峰,最大值通常出现在上午或清晨。复旦大学观测点SO2浓度季节变化规律是冬季>秋季>春季>夏季,冬季日均浓度平均约为夏季的2.4倍,还发现冬季SO2浓度变化与气温的变化有一定的反向相关性；气象因素分析表明该观测点属于SO2浓度的低值区,但附近存在SO2浓度的高值区,这导致SO2浓度具有很强的风向敏感性,同时还具有特殊的风速相关性,风速低于2m·S-1时浓度与风速相关性不大,高于该值时浓度与风速负相关。汾湖观测点的SO2浓度与复旦大学观测点同期水平相近。（4）两个观测点HONO浓度的日变化趋势均为单峰特性,峰值出现在清晨,谷值出现在午后。复旦大学观测点HONO浓度的季节变化规律为夏季>秋季≈冬季>春季,2009年夏季的HONO浓度明显高于2010年夏季,最大小时平均浓度为7.43ppb；气象因素分析表明该观测点处于HONO浓度的高值区,HONO浓度与风速呈现较强的负相关性,并有较强的风向敏感性；该观测点每天清晨的最大HONO浓度与该日的光化学污染强度有一定的正相关性,秋、冬季相关性较高,夏季相关性较低。汾湖观测点的夜间HONO浓度略高于复旦大学观测点,白天浓度接近。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 引言
  • 1.1.差分光学吸收光谱（DOAS）技术
  • 1.1.1.基本原理
  • 1.1.2.DOAS技术的特点
  • 2'>1.2.大气中的SO2
  • 1.3.大气中的氮氧化物
  • 3及光化学烟雾'>1.4.大气中的O3及光化学烟雾
  • 3及来源'>1.4.1.对流层中的O3及来源
  • 1.4.2.光化学（烟雾）污染的历史与现状
  • 3及光化学烟雾生成机理'>1.4.3.对流层O3及光化学烟雾生成机理
  • 3的测量手段'>1.4.4.O3的测量手段
  • 1.5.大气中的HONO
  • 1.5.1.大气中HONO的来源
  • 1.5.2.HONO光解对大气OH自由基的贡献
  • 1.5.3.气态HONO的测量手段
  • 第二章 多光路主动DOAS设计
  • 2.1.多光路主动DOAS的组成
  • 2.1.1.光源
  • 2.1.2.发射/接收望远镜
  • 2.1.3.角反射镜
  • 2.1.4.四合一石英光纤
  • 2.1.5.机械快门
  • 2.1.6.光谱仪
  • 2.1.7.光电检测系统
  • 2.1.8.数据采集软件
  • 2.2.光谱分析
  • 2.2.1.探测器波长标定
  • 2.2.2.生成参考光谱
  • 2.2.2.1.测量灯谱
  • 2.2.2.2.生成标准差分吸收光谱
  • 2.2.2.3.生成夫琅禾费结构光谱
  • 2.2.2.4.生成差分灯谱结构
  • 2.2.3.污染物浓度反演
  • 2.3.各光路间固有差异测试
  • 2.4.小结
  • 2、SO2垂直分布的观测及研究'>第三章 NO2、SO2垂直分布的观测及研究
  • 3.1.分层观测实验布置及观测原理
  • 2垂直分布观测'>3.2.NO2垂直分布观测
  • 2垂直分布观测'>3.3.SO2垂直分布观测
  • 3.4.结果讨论
  • 2浓度时空分布特征'>3.4.1.NO2浓度时空分布特征
  • 2浓度时空分布特征'>3.4.2. SO2浓度时空分布特征
  • 3.5. 小结
  • 2、O3、SO2、HONO的同时观测及研究'>第四章 NO2、O3、SO2、HONO的同时观测及研究
  • 4.1.观测仪器
  • 4.2.光谱分析
  • 4.3.观测地点
  • 4.4.观测结果
  • 4.5.HONO测量结果与LOPAP技术的对比
  • 4.6.污染物的日变化和季节变化趋势
  • 2日变化和季节变化趋势'>4.6.1.NO2日变化和季节变化趋势
  • 3日变化和季节变化趋势'>4.6.2.O3日变化和季节变化趋势
  • x日变化和季节变化趋势'>4.6.3.Ox日变化和季节变化趋势
  • 2日变化和季节变化趋势'>4.6.4.SO2日变化和季节变化趋势
  • 4.6.5.HONO日变化和季节变化趋势
  • 4.7.两个观测点的污染状况对比
  • 4.8.气象因素对污染物浓度的影响
  • 4.8.1.风速对污染物浓度的影响
  • 4.8.2.风向对污染物浓度的影响
  • 2浓度的影响'>4.8.3.冬季气温对SO2浓度的影响
  • 4.9.光化学污染的周末效应
  • 4.10.HONO对光化学污染的影响
  • 4.11.小结
  • 第五章 结论与展望
  • 5.1.实验总结
  • 5.2.观测结论
  • 2时空分布特征'>5.2.1.NO2时空分布特征
  • 3时空分布特征'>5.2.2.O3时空分布特征
  • 2时空分布特征'>5.2.3.SO2时空分布特征
  • 5.2.4.HONO时空分布特征
  • 5.3.研究展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 后记

    • 相关论文文献

    • [1].Simultaneous measurement of SO_2 and NO_2 concentration using an optical fiber-based LP-DOAS system[J]. Chinese Optics Letters 2020(02)
    • [2].基于DOAS的光谱测量技术研究进展[J]. 科技创新导报 2020(02)
    • [3].基于DOAS烟气在线监测系统的应用研究[J]. 绿色环保建材 2020(11)
    • [4].Tropospheric NO_2 vertical column densities retrieved from ground-based MAX-DOAS measurements at Shangdianzi regional atmospheric background station in China[J]. Journal of Environmental Sciences 2019(06)
    • [5].Comparison of SO_2 column retrievals from BRD and DOAS algorithms[J]. Science China(Earth Sciences) 2017(09)
    • [6].Variation of temporal and spatial patterns of NO_2 in Beijing using OMI and mobile DOAS[J]. Science China(Chemistry) 2015(09)
    • [7].合肥2013年8月——2014年7月NO_2对流层柱浓度分析及与卫星对比[J]. 光谱学与光谱分析 2017(04)
    • [8].基于差分光学吸收光谱DOAS自动监测技术[J]. 中国仪器仪表 2014(12)
    • [9].DOAS方法在连续排放污染源及过程气体在线监测中的实现[J]. 环境工程技术学报 2011(01)
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    • [15].分辨率对DOAS测量二硫化碳影响的研究[J]. 光谱学与光谱分析 2008(11)
    • [16].Effect of spectral resolution on the measurement of monoaromatic hydrocarbons by DOAS[J]. Journal of Environmental Sciences 2008(05)
    • [17].基于DOAS的光谱测量系统[J]. 科技创新与应用 2016(29)
    • [18].DOAS系统与传统点式仪器在空气自动监测应用中的对比分析[J]. 石油化工安全环保技术 2012(02)
    • [19].Measurements of NO_2 mixing ratios with topographic target light scattering-differential optical absorption spectroscopy system and comparisons to point monitoring technique[J]. Chinese Physics B 2012(11)
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    • [28].Investigating the impact of Glyoxal retrieval from MAX-DOAS observations during haze and non-haze conditions in Beijing[J]. Journal of Environmental Sciences 2019(06)
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    • [30].基于DOAS的机动车NO排放检测优化设计[J]. 浙江科技学院学报 2017(06)

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