利用SOF-FTIR技术监测化工厂区VOCs排放

易挥发有机化合物(VOCs)的来源广泛且参与大气光化学反应,是光化学污染物的主要前体物,也是影响城市和区域大气质量的重要污染物,工业生产过程中多点源、面源和无组织源排放的VOCs是其重要来源。对于多点源、无组织排放源,其所包含的各种污染排放情况复杂且存在较多未知因素,一直缺乏便捷和快速的监测手段。利用车载掩日法通量遥测技术(SOF-FTIR),以太阳直射光的红外辐射作为接收光源,快速扫描工厂污染区域并进行实时的气体泄漏监测,具有结构轻便、便于移动测量、可进行多组分、低浓度、远距离遥测等优点。实验分析表明,该方法可快速大范围地对化工厂区的VOCs排放进行监测并给出其时空分布情况,可为试验地区相关的环保决策提供有效的数据支持。     

傅里叶变换红外光谱辐射定标方法的研究

红外辐射定标是红外遥感信息定量化的关键技术,对所测光谱进行定标是定量分析中的重要环节。给出了两点定标、线性多点定标和非线性多点定标的具体算法,使用傅里叶变换红外光谱仪,测量了HFY-302B和HFY-300B型黑体在不同温度下的辐射谱,其中一些辐射谱用于定标,使用另外一个特定温度下的辐射谱来检验定标结果,结果表明,线性多点定标方法更加准确。     

傅里叶变换红外光谱对水溶性气溶胶复折射率的测量分析方法研究

当前大气气溶胶的成分比较复杂,其水溶性离子成分影响着大气质量,并且对人类健康不利。因此,对水溶性离子成分进行快速可靠的检测是环境科学领域中的一项重要研究工作。以SO24-为例,研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,对水溶性气溶胶离子的消光系数进行测量,并通过理论分析计算得到其复折射率N的过程。通过测量大气气溶胶水溶性SO24-离子的质量消光截面k和消光系数α,再根据消光系数α来计算复折射率N的虚部ni,使用KK(Kramers-Kronig)关系,来计算复折射率N的实部nr,并对实验结果进行了分析和讨论。     

FTIR监测浙江地区空气中C2H2和C2H6及其相关分析

使用多次反射池FTIR系统在2010年12月对浙江地区两种挥发性气体乙炔（C2H2）和乙烷(C2H6）进行了监测,通过对测量气体的吸收光谱进行光谱定量分析,获取了这两种组分的浓度信息,并分析了它们的相关性。研究结果表明,该测量系统能以非接触的方式对空气中多种气体进行在线监测,及时反应测量区域内浓度信息。     

反射式FTIR监测温室气体浓度及其变化规律

工业革命以来,温室效应引起的全球气候变迁问题越来越受到人们的关注。人类活动相关的主要温室气体是CO2,CH4,N2O和CO,对其浓度进行连续测量,获取浓度随时间的变化规律对大气环境科学具有重要意义。使用多次反射池FTIR系统在浙江地区对这四种气体进行了监测,通过对测量的气体吸收光谱进行光谱定量分析,获取了待测组分的浓度信息,并对其变化规律进行了分析。同时对仪器的性能进行了检测,结果表明,多次反射池FTIR是进行环境气体监测的一种快速有效直接的监测手段。     

Ground-based remote sensing of atmospheric total column CO_2 and CH_4 by direct sunlight in Hefei

Fourier transform spectrometry has played an important role in the three-dimensional greenhouse gas monitoring as the focus of attention on global warming in the past few years. In this paper, a ground-based low-resolution remote sensing system measuring the total columns of CO2 and CH4 is developed, which tracks the sun automatically and records the spectra in real-time and has the advantages of portability and low cost. A spectral inversion algorithm based on nonlinear least squares spectral fitting procedure for determining the column concentrations of these species is described. Atmospheric transmittance spectra are computed line-by-line in the forward model and observed on-line by direct solar radiation. Also, the wavelength shifts are introduced and the influence of spectral resolution is discussed. Based on this system and algorithm, the vertical columns of O2, CO2, and CH4 are calculated from total atmospheric observation transmittance spectra in Hefei, and the results show that the column averaged dry-air mole fractions of CO2 and CH4 are measured with accuracies of 3.7% and 5%, respectively. Finally, the H2O columns are compared with the results observed by solar radiometer at the same site and the calculated correlation coefficient is 0.92, which proves that this system is suitable for field campaigns and used to monitor the local greenhouse gas sources under the condition of higher accuracy, indirectly.     

直射太阳光红外吸收光谱技术遥测大气中二氧化碳柱浓度

大气中二氧化碳浓度持续增高导致环境和气候变化等问题成为人们关注的焦点. 为了实时遥测二氧化碳气体柱浓度, 研究了一种地基低分辨遥测系统和实时光谱数据反演分析方法. 利用该系统在合肥地区进行了连续观测, 从太阳吸收光谱中实时获取了整层大气透过率. 采用逐线积分非线性最小二乘光谱反演算法, 从整层大气透过率中反演了二氧化碳柱浓度和氧气柱浓度, 并以氧气柱浓度为内标函数获得了二氧化碳干空气柱体积混合比, 精密度优于3%. 将2012年9月25日12时到15时本系统测量的二氧化碳干空气柱体积混合比均值与此时段过境本站点区域的日本温室气体卫星观测结果进行了比较, 两者偏差小于1%.可见, 该系统和方法具有很高的精密度和准确度, 是一种有效的温室气体观测手段. 关键词： 红外吸收光谱技术 遥测 二氧化碳 柱浓度     

高温气体浓度光谱分析中的温度修正方法

随着国内经济的高速发展,环境空气质量日益恶化,气体排放源监测成为环境科学领域中的一项重要研究工作。文中提出并实现了高温参考谱模型法和标气测定法,对合成校准光谱进行了温度修正,从而提高基于数值计算的非线性最小二乘算法在高温气体浓度反演时的精度。从实验测得的透过率光谱中反演了不同温度下标准气体CO的浓度。结果表明:相对于未采取温度修正措施的校准谱获得的浓度反演结果,精度有较大提高。文中的研究结果对于研究高温气体光谱特征、不断完善定量分析算法、准确监测非常温下气体排放浓度、红外制导等具有重要意义。     

合肥地区大气中CO_2和CH_4柱浓度季节变化遥测

针对全球变暖贡献最大的两种温室气体CO2和CH4,采用自行研制的地基傅里叶变换近红外光谱遥测系统连续观测了合肥地区2012年2月到2013年4月的直射太阳光光谱,进而获得整层大气透过率测量光谱。在前向模型中采用逐线积分、低阶多项式近似方法得到整层大气透过率模拟光谱。利用模拟透过率光谱在CO2的6 150~6 270cm-1波段、CH4的5 970~6 170cm-1波段对测量透过率光谱进行迭代拟合,获得气体柱浓度。以O2柱浓度为内标函数获得CO2和CH4的干柱体积混合比。CO2和CH4干柱体积混合比日均值都具有较大波动性和明显的季节周期性,它们的月均值整体上具有较强的一致性,但是变化特征不尽相同。与日本温室气体卫星瓦里关地区的报道结果相比,CO2含量峰谷值对应的时间相对滞后,并且峰值到谷值的转变时间较长;与利用SCIAMACHY资料分析的全国范围内CH4柱浓度平均值变化趋势相比,CH4含量表现出夏高冬低的单峰单谷型变化趋势。它们的变化特征与源和汇的平衡、气象和气候条件等复杂因素有关,还需长期观测和深入研究。     

利用FTIR对合肥地区气溶胶无机离子的研究

大气气溶胶是影响大气环境的主要污染物之一,在大气污染过程中,大气气溶胶粒子污染在其中占有重要的地位,通过FTIR系统检测合肥冬季气溶胶粒子中的无机离子成分,表明合肥地区冬季气溶胶的源与气溶胶的粒径有关:粒径小于2.5 μm的气溶胶细粒子,主要来源于化石燃料燃烧、机动车排放等人为污染排放源,而在粒径大于2.5μm的气溶胶中,矿石含量比较高.