宽带腔增强型大气NO₂探测系统的浓度定量方法

摘要

本发明公布了一种宽带腔增强型大气NO₂探测系统的浓度定量方法，将探测系统等效为一个长光程差分吸收光谱(DOAS)探测系统，利用大气中氧气二聚体含量稳定的特点来得到探测系统的吸收光程，进而定量出大气NO₂的浓度大小，具体包括以下步骤：确定有效光程函数；选择测量波段，计算氧气二聚体吸收峰值波长处的有效光程；计算气体吸收截面修正因子；修正气体的吸收截面；计算光学厚度；DOAS拟合得到气体的柱浓度；计算吸收光程；计算大气NO₂浓度。与现有方法相比，本发明不需要进行镜片反射率标定，简化了探测系统的操作过程，避免了镜片反射率标定误差对定量结果的影响。

主权项

1.宽带腔增强型大气NO₂探测系统的浓度定量方法，其特征在于：将探测系统等效为一个长光程差分吸收光谱探测系统，利用大气中氧气二聚体（O₂-O₂）含量稳定的特点来得到探测系统的平均吸收光程L，进而定量出大气NO₂的浓度大小，具体包括如下步骤：第一步：确定以波长λ为自变量的有效光程函数L_eff(λ)，其中，d为光学谐振腔的长度；R(λ)为镜片反射率；a_Ray(λ)为大气瑞利散射系数；第二步：选择蓝光波段作为大气测量波段，此波段内O₂-O₂吸收的峰值波长λ_p为477nm，并根据第一步得到的L_eff(λ)，计算出L_eff(λ_p)；第三步：根据第一步与第二步的结果，确定气体吸收截面修正因子F(λ)，$F\left(\lambda \right)=\frac{L_{\mathrm{eff}}\left(\lambda \right)}{L_{\mathrm{eff}}\left({\lambda }_p\right)};$第四步：对被测气体NO₂和O₂-O₂的吸收截面(λ)和(λ)进行修正，修正后的吸收截面(λ)和(λ)分别为(λ)和(λ)；第五步：向所搭建的光学谐振腔内充入纯氮气或零空气，记录光谱探测器输出信号，得到参考谱I₀(λ)，将实际大气抽入所搭建的光学谐振腔内，记录光谱探测器输出信号，得到大气吸收谱I(λ)，根据光谱探测器测量得到的参考谱I₀(λ)和大气吸收谱I(λ)，计算光学厚度OD，OD=ln(I₀(λ)/I(λ))；第六步：将第四步得到的吸收截面(λ)和(λ)作为参考吸收截面，利用差分吸收光谱技术(DOAS)拟合参考吸收截面到第五步的光学厚度OD，得到大气NO₂和O₂-O₂的柱浓度和第七步：计算吸收光程L，$L=\frac{{\mathrm{SCD}}_{O_2-O_2}}{N_{O_2-O_2}}=\frac{{\mathrm{SCD}}_{O_2-O_2}}{N_{O_2}^2},$其中和分别是大气中O₂-O₂和氧气的分子数浓度；第八步：计算被测气体NO₂的分子数浓度