临边辐射探测技术是一种新型卫星探测技术,主要利用紫外-可见光-红外太阳散射光谱获得臭氧等痕量气体在垂直方向上的分辨率廓线信息。基于波长配对光谱分析法、乘代数重建技术以及SCIATRAN正向模型,用SCIAMACHY仪器临边辐射反演垂直高度为10~40 km、分辨率为1 km的臭氧数密度。首先,根据臭氧在Chappuis-Wulf波段的吸收特性分析波长配对的机理,并结合临边辐射权函数确定臭氧反演的波长和反演范围。然后,分析了几种典型的波长配对组合对反演结果的影响,确定一组较好的波长配对组合。最后,对迭代算法反演过程中的误差来源如迭代次数、先验廓线、切线高度和NO2浓度参量进行不同程度的偏差反演,误差结果表明,这些参数都会明显影响垂直高度小于20 km的臭氧廓线反演结果。

被动差分吸收光谱技术(DOAS)是一种以太阳散射光为光源,利用不同气体分子的特征吸收来实现气体 定性定量测量的方法。成像光谱技术作为一种新型光电探测技术,能同时获取观测区域的空间信息 和光谱信息,该技术与DOAS结合构成了成像差分吸收光谱系统(IDOAS),可实现对气体的二维成像测 量。设计了基于凸面光栅Offner成像光谱仪、面阵CCD、紫外镜头和扫描旋转台的成像差分吸收 光谱系统,描述了系统的组成并着重介绍了Offner成像光谱仪的光学设计。针对该系统开发了基 于MFC框架的软件系统,实现了探测器参数设置、数据采集与显示、数据存储、电机扫描控制、 多波段成像、图谱合一等功能。利用该系统对发电厂烟羽排放进行外场测量,采用被动差分吸 收光谱方法对采集的太阳散射光谱进行处理获得SO2 柱浓度,实验证明系统运行稳定可靠,可用 于污染气体的二维成像解析。

介绍了基于AVR单片机的多轴差分吸收光谱仪(multi-axis differential optical absorption spectroscopy, MAX-DOAS)控 制系统设计。采用Atmega128 AVR单片机实现MAX-DOAS系统的数据通信、背景电机控制、扫描电机控制及温度 检测和控制,并给出了整个控制系统的电路设计方案及软件实现过程。设计的控制系统可以使MAX-DOAS系统实 现痕量气体垂直柱浓度与廓线的自动监测。

差分光学吸收光谱技术(DOAS)中,通过不同高通滤波方法获得差分光学密度, 与经过相同数字滤波处理的实验室的标准参考谱作最小二乘拟合, 反演出各种气体 的浓度。通过几种平滑滤波和多项式滤波对相同测量信号进行光谱分析,比较 其反演浓度的精度、残差的标准方差和峰峰值。结果表明,3点500次平滑滤波重复 两次的高通滤波方法各项指标都优于其它方法,能有效地提高测量精确度和降低检测下限。

城市空气质量监测系统中差分光学吸收光谱法的光学部分受到外界影响(温度、 光纤位置等), 或是氙灯自身的变化, 都会引起测量谱线的漂移。 如果灯信号谱与大气测量信号谱谱线漂移不一致而产生谱线相对偏移, 将直接影响测量结果的准确性。 因此, 在运用DOAS方法进行大气痕量气体污染物浓度反演时, 必须对大气测量信号谱和灯信号谱进行波长匹配。 文章通过对氙灯自身发射光谱特殊结构的研究, 提出了利用氙灯特征发射峰, 通过对两个信号光谱进行最小二乘拟合, 达到谱线校正的方法。 实验结果证明, 这种方法可以有效地减小谱线相对偏移对大气痕量气体污染物浓度反演结果的影响。

在对比了几种大气颗粒物监测方法的基础上，提出了振荡天平大气颗粒物在线监测方法(TEOM)，设计实现了基于振荡天平法的大气颗粒物监测仪，详细介绍了谐振式质量传感器和基于DSP的控制单元。给出了仪器的校准过程和实验数据，数据表明该监测仪能够连续、准确地测量大气颗粒物的质量浓度。

长程差分吸收光谱(DOAS)技术已经越来越广泛地被用来测量大气中痕量气体浓度.在DOAS系统中,快速准确地获得光谱信号是正确反演痕量气体浓度的关键.文中在讨论空气质量DOAS系统组成的基础上,提出了快速扫描光谱仪的设计并对影响光谱性能的问题进行了讨论.定标谱线和实际测量结果表明:所研制的快速扫描光谱仪在进行合理的结构设计和正确的安装调试后能够满足空气质量监测系统的要求.