【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】臭氧是大氣中重要的微量成分，雖然含量較低，但在近地面對流層大氣化學(xué)中是光化學(xué)反應(yīng)的主要參與者，是光化學(xué)煙霧的重要前體物和參與物。近期，安光所環(huán)境光學(xué)中心張?zhí)焓嬲n題組自主研發(fā)的差分吸收臭氧激光雷達(dá)在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)中，基本上完成了溯源至臭氧標(biāo)準(zhǔn)量值的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。
位于平流層與對流層的臭氧對地球環(huán)境有著不同的影響，紫外輻射在平流層高空被臭氧吸收，對大氣有增溫作用，保護(hù)地球上的生物降低受遠(yuǎn)紫外輻射的傷害。而在近地面對流層，強(qiáng)光照、高溫低濕、逆溫等條件下，大氣臭氧會與氮氧化合物、揮發(fā)性有機(jī)物等多種污染物相互作用發(fā)生復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致大氣細(xì)粒子濃度增加、空氣能見度降低、地面臭氧濃度升高、大氣氧化性增強(qiáng)，形成嚴(yán)重大氣光化學(xué)污染過程。長期累積不僅會危害人體心肺肝腎腦等多系統(tǒng)健康，還會損傷和破壞生態(tài)系統(tǒng)平衡、材料和建筑物安全，嚴(yán)重影響人民的生產(chǎn)和生活。因此對對流層臭氧濃度測量方法的研究，尤其是區(qū)域性臭氧濃度時空分布的監(jiān)測研究一直都是監(jiān)測和研究的熱點(diǎn)問題。
近年來，差分吸收臭氧激光雷達(dá)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅猛，在區(qū)域臭氧污染成因分析方面應(yīng)用廣泛。臭氧激光雷達(dá)基于差分吸收原理，利用臭氧的吸收特性測量氣體的濃度分布,具有時空分辨率高、快速實(shí)時、可連續(xù)探測等優(yōu)勢，成為大氣臭氧分布探測的重要手段。目前以激光雷達(dá)等為代表的開放光路大氣監(jiān)測技術(shù)在開放式環(huán)境下很難對設(shè)備進(jìn)行精確溯源，監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可比性和計量溯源性有待進(jìn)一步確認(rèn)和提升。為研究大氣探測臭氧激光雷達(dá)量值溯源方法，確保臭氧激光雷達(dá)監(jiān)測數(shù)據(jù)與其它原理點(diǎn)式臭氧監(jiān)測設(shè)備的量值統(tǒng)一，保障臭氧激光雷達(dá)臭氧濃度等關(guān)鍵計量參數(shù)能夠溯源至生態(tài)環(huán)境部門臭氧最高計量標(biāo)準(zhǔn)，安光所與中國環(huán)境監(jiān)測總站計量中心合作在合肥科學(xué)島開展了差分吸收臭氧激光雷達(dá)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，通過搭建地基校準(zhǔn)系統(tǒng)(如圖1)，在激光雷達(dá)發(fā)射接收光路水平路徑上距激光雷達(dá)300米、600米和900米距離處分別放置臭氧濃度分析儀，使用臭氧濃度分析儀測量的臭氧濃度作為標(biāo)準(zhǔn)值校準(zhǔn)激光雷達(dá)臭氧濃度，開展不同距離處臭氧激光雷達(dá)濃度與點(diǎn)式臭氧分析儀結(jié)果對比，將激光雷達(dá)測量的臭氧濃度量值溯源至監(jiān)測總站建立的生態(tài)環(huán)境部門臭氧最高計量標(biāo)準(zhǔn)，溯源框架圖如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示(如圖3)：差分吸收臭氧激光雷達(dá)測量結(jié)果與點(diǎn)式臭氧分析儀具有很好的一致性，能夠較為準(zhǔn)確的溯源至臭氧標(biāo)準(zhǔn)量值，并可通過校準(zhǔn)曲線對其測量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步修正，提升其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
本次對差分吸收臭氧激光雷達(dá)的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，證明了激光雷達(dá)等開放光路大氣監(jiān)測儀器，除了校準(zhǔn)其光學(xué)特性，也可以用化學(xué)濃度校準(zhǔn)的方法進(jìn)行精度溯源，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。
圖1 大氣臭氧激光雷達(dá)校準(zhǔn)示意圖
圖2 大氣臭氧探測激光雷達(dá)量值溯源體系框架
圖3 臭氧激光雷達(dá)濃度校準(zhǔn)結(jié)果(8小時滑動均值)
圖4 差分吸收臭氧激光雷達(dá)
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