中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
环境的变化不但影响着现在和未来的世界,而且一直是国际科学前沿关注的热点。环境问题的解决离不开先进的监测技术和手段。环境光谱学监测技术利用光学中的吸收、发射、散射以及大气辐射传输等方法,通过建立特征因子指纹光谱数据库和定量解析算法,获取污染物的特性,可用于空气质量、固定和流动污染源的自动监测,具有实时快速、高灵敏、监测范围广等优势,是当今国际环境监测的发展方向和主导技术。目前形成了以激光雷达技术、差分光学吸收光谱学技术、可调谐二极管激光光谱学技术、傅里叶变换红外光谱学技术等为主体的一系列环境监测技术及体系。基于这些技术和体系对监测信息的获取、传输和共享,为全社会提供了基础环境信息,同时也推动了基于监测数据的环境质量评价体系的发展,为我国的环境管理提供了科学依据。
光谱学 环境光学 实时立体监测
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230031
3 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
针对多轴差分吸收光谱仪重建图像的时间分辨率较低的问题,将成像差分吸收光谱仪技术与非负最小二乘法相结合,提出了一种新的重建二氧化硫(SO2)气体的空间二维分布的方法。采用Savitzky-Golay滤波器对采样得到的柱浓度数据进行预处理,使用顺序坐标法进行重建,并利用克里金插值平滑重建图像。数值仿真结果表明,重建图像的接近度最低可达0.11。实验结果表明,所提方法从采集数据到完成图像重建的时间为52.37s,适用于捕捉烟羽截面的瞬态浓度,可实时重建SO2分布。
大气光学 光学遥感 环境光学 烟羽重建 顺序坐标法 成像差分吸收光谱仪
1 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, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230022
基于中红外量子级联激光器(QCL)以及频分复用波长调制光谱技术,实现了NO2及NH3的高精度同时测量。对中心频率在1600.0 cm
-1及1103.4 cm
-1附近的两支QCL施加不同频率的正弦调制,利用数字锁相技术得到了测量信号在不同解调频率上的二次谐波信号。搭建了一套基于该技术的开放式空气中NO2及NH3的测量系统,多次反射池的光程为60 m。利用25 cm长的参考池进行浓度标定,发现系统在较大的浓度范围内具有优良的线性响应。两种气体的检测限均小于10
-9量级。使用系统进行了24 h的气体监测,测量结果与参考仪器的结果吻合较好。
测量 环境光学 中红外吸收光谱 频分复用波长调制 量子级联激光器
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科技大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
近年来,日新月异的激光技术促进了光谱技术的发展,以光学探测和光谱数据解析为核心的各种在线监测技 术以高灵敏度、高分辨率、高选择性、多组分以及实时等优势在环境监测领域中发挥着不可替代的作用。 着重介绍了在线监测技术在环境污染和环境安全方面的应用新进展, 并提出了我国进一步深入开展环境光 学应用科学技术研究的建议。
在线监测 环境光学 大气污染 环境安全 on-line monitoring environmental optics air pollution environmental safety
1 中国科学技术大学 光学与光学工程系, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
中国大气汞污染严重,是全球范围大气汞污染最为严重的区域之一。汞主要以单质形式长时间存在于大气中,并可进行长 距离传输。对差分吸收光谱技术(DOAS)应用于大气汞测量的可行性进行了研究。首先,通过测量不同长度的饱 和汞蒸气样品池对光谱的吸收,了解汞共振线的吸收情况;并分析了汞样气对高分辨率光谱仪的响应;最后,利用现 有仪器对大气汞吸收进行了测量,确定了主要干扰气体及大气汞测量对仪器光谱分辨率的要求,为进一步的大气汞 测量及燃煤烟气中高浓度汞测量提供了先期技术支持。
环境光学 差分吸收光谱技术 汞蒸气 燃煤烟气 environmental optics differential optical absorption spectroscopy mercury vapor flue gas
中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2010年广州亚运会及残运会期间利用大气细粒子谱分析仪对广州城区和 周边地区进行了大气细粒子谱的连续在线监测。研究了测量获得的粒子数浓度谱,分析了粒子数浓度的日变化特 征,并对各个模态的粒子数浓度变化分别进行了研究。结果表明大气中气溶胶粒子主要集中在较小粒径。核模态 粒子的数浓度主要受交通排放和气相成核影响,其中大学城站点呈单峰值分布,鹤山站点呈三峰值分布。爱根 核模态粒子的数浓度受人类活动和核模态粒子涨大成爱根核模态粒子的影响,大学城站点呈三峰值分布,鹤山 站点呈两峰值分布。积聚模态粒子和粗粒子模态粒子的数浓度的显著特点是白天低晚上高。鹤山监测站的粗 粒子模态粒子的数浓度谱线受海盐溅沫的影响,在夜间有一峰值。最后分析了降雨对大气细粒子的清除作用。
环境光学 数浓度 大气细粒子谱 广州亚运会 environmental optics number concentration particle size distribution Guangzhou Asian Games
1 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
2 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, 安徽 合肥 230031
痕量气体垂直廓线的监测，对大气污染研究具有重要意义。介绍了被动多轴差分吸收光谱（MAX-DOAS）技术监测痕量气体垂直廓线的光学遥感方法。研究中MAX-DOAS测量多个角度的斜柱浓度、结合大气辐射传输模型，利用最优估算法反演出痕量气体垂直廓线，并对最优估算法参数选取和反演评估进行了详细描述。将该技术应用于合肥地区NO2垂直廓线的监测：通过与长光程差分吸收光谱仪的测量结果对比，相关系数达到0.80。该技术为大气环境立体监测提供了一种简便的方法。
环境光学 被动多轴差分吸收光谱(MAX-DOAS) 最优估算法 垂直廓线 光学学报
2011, 31(11): 1101007
中国科学院环境光学与技术重点实验室安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
CS2气体对人类健康和大气循环有重要影响作用, 最近有研究表明：工业燃煤可能是城市大气中CS2的另一个重要来源。提出一种以太阳散射光作为光源的被动差分吸收光谱(passive DOAS)对点源排放气体进行遥测的方法; 介绍了其基本原理和测量系统; 讨论了CS2的光谱分析方法, 包括参考光谱的选择问题, 及降低Ring效应对光谱反演影响的方法等; 并利用该技术对电厂烟羽中CS2进行扫描测量, 成功反演出烟羽中CS2的柱浓度; 证实了燃煤可产生一定的CS2, 为城市大气中CS2污染源的研究提供直接、有利的依据。
环境光学 被动差分吸收光谱 烟羽 污染源
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，安徽 合肥 230031
差分吸收光谱技术(DOAS)由于时间分辨率高、高灵敏度和操作费用低等特点非常适合对大气中痕量气体HCHO进行实时追踪。对HCHO的测量方法和数据反演进行了研究，通过增大信噪比，扣除背景杂散光等手段对其进行了准确测量；详细介绍了数据的处理方法，包括反演波段的选择、干扰结构的去除、数据处理流程和谱线的非线性处理。对不同波段反演HCHO的干扰因素、反演浓度结果和反演准确度进行了分析与对比，结果显示，314～332 nm是HCHO浓度反演的最佳波段。对广州市的HCHO进行了实时、连续监测，并取得了有效数据。
环境光学 数据处理 浓度反演 差分吸收光谱 environmental optics data processing concentration retrieving differential optical absorption spectroscopy(DOAS) 大气与环境光学学报
2008, 3(1): 0047
