基于光谱分析的大气混合层高度测量研究

作     者：项雅静 王珊珊 周斌 XIANG Ya-jing;WANG Shan-shan;ZHOU Bin

作者机构：上海市大气颗粒物污染防治重点实验室复旦大学环境科学与工程系上海200438 上海崇明生态研究院上海202151 复旦大学大气科学研究院上海200438 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2018年第38卷第12期

页      面：3653-3658页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2016YFC0200400) 国家自然科学基金项目(21777026,21477021)资助 

主　　题：差分光学吸收光谱技术 NO2 混合层高度 光谱分析 

摘      要：基于地基主动和被动差分光学吸收光谱(DOAS)分析方法,在2015年5月至2016年5月期间对上海近地面NO_2浓度(cNO_2)及对流层NO_2的垂直柱浓度(NO_2VCD_(trop))进行了观测。主动长光程差分光学吸收光谱系统(long-path DOAS,LP-DOAS)观测得的cNO_2小时均值与上海市全市空气质量cNO_2小时均值呈正相关,相关系数为0. 81。被动多轴差分光学吸收光谱系统(multi-axis DOAS,MAX-DOAS)观测得的NO_2VCD_(trop)与GOME-2和OMI卫星传感器测得的NO_2VCD_(trop)也均呈正相关,相关系数分别为0. 89和0. 88。大气污染物的输送、扩散、稀释和沉降等过程主要发生在边界层中,白天混合层占到边界层的大部分,混合层高度(MLH)以上的自由对流层中污染物浓度较小,混合层内NO_2接近均匀混合时,利用地基主、被动DOAS观测得到的NO_2数据可以快速计算大气混合层高度。计算得的MLH与GDAS气象数据库中的边界层高度(PBLH)明显相关,相关系数达0. 93,二者结果大小均在0. 1～2 km之间。实验观测期间,MLH与PBLH日变化趋势均呈单峰形,MLH高值出现在12:00—15:00,由于PBLH时间分辨率低,最高值出现在14:00,同时二者月均变化趋势一致,2015年9月和2016年2月数值较高,2015年7月和2016年3月数值较低,另外求得MLH约为PBLH的0. 98±0. 59倍,符合狭义MLH与PBLH的关系。计算得的MLH与同点位激光雷达测得的PBLHLidar也具有较高的相关性,相关系数达0. 75,PBLHLidar略大于MLH,但是二者在早晨5和6时和下午5和6时大小趋于相同,符合大气发展规律。说明该算法具有较高的可行性。