[发明专利]一种获取气溶胶绝对光强的光学遥感方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取气溶胶绝对光强的光学遥感方法，属于大气化学技术领域。

背景技术

气溶胶由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称 气体分散体系，其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气 体。天空中的云、雾、尘埃，工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形 成的烟，采矿、采石场磨材和粮食加工时所形成的固体粉尘，人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是 气溶胶的具体实例。霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 公里的空气普遍混浊现象，这里的干尘粒指的是干气溶胶粒子。一般情况下，当能见度在1- 10公里时可能既有干气溶胶的影响（即霾的影响），也可能有水滴的贡献（即轻雾的贡献）， 且不易区分，所以就被称为“雾-霾”现象。由于在实际的大气中没有气溶胶粒子作为云雾的 凝结核（或冰核），无法形成雾，所以雾和霾的背后都与气溶胶粒子有关。

差分吸收光谱方法（differentialopticalabsorptionspectroscopy，DOAS）最 早由德国Heidelberg大学环境物理研究所的Platt提出，专门用于城市、地下通道、工业矿 区的有害气体的监测。其基本原理是以被测气体在紫外和可见光波段的差分吸收光谱特征 为基础，通过差分吸收光谱强度来反演气体的浓度。主动DOAS方面，瑞典的一家公司于1986 年成功的升级并确立DOAS技术并用于Hg的分析，美国热电子公司也设计了自己的DOAS系 统。1990年，Axelson等人才用了Cassegrain结构，将接收发射装置安装在同一望远镜系统， 该系统被沿用至今。2005年，DOAS的断层扫描技术被实际应用并取得良好效果，它可以获得 痕量气体的二维或三维的浓度分布，对气体的三维空间监测十分有利。被动DOAS方面，已经 逐步实现了从地基观察到空中检测，再到星载遥测的发展。其中，星载遥测主要是利用卫星 作为平台，从大气层外界观测某些污染物或者大气痕量气体在全球的分布情况。2001年，瑞 典的科学家率先研发出mini-DOAS设备，其便携性和简易操作的性质使得该技术被迅速应 用到污染气体监测中，该技术现在被应用到发电厂，造纸厂等污染源排放集中的地方。

但随着大气复合污染日趋严重，造成大气氧化性增强，气体向颗粒物的转化在加 快，要想实现对大气复合污染气体和气溶胶实时、在线获取，需要一种大范围对其同时监测 的新方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种获取气溶胶绝对光强的光 学遥感方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种获取气溶胶绝对光强的光学 遥感方法，至少包括光源、光纤、CCD探测器、光谱仪、望远镜、角反射镜、云台、控制器、以及 计算机组成的光学遥感系统，望远镜通过光纤连接光谱仪，光谱仪连接CCD探测器，CCD探测 器连接控制器，其中角反射器设置两组，望远镜安装在云台上，控制器连接探测器和云台， 并由控制器设定测量时间，控制云台驱动望远镜实现转动，通过光源与两组角反射器形成 的不同光路，测量不同光程的光强，控制器连接计算机并将测量结果传送至计算机内进行 气溶胶绝对光强计算，光程的选择根据测量大气污染气体种类以及气溶胶消光系数探测下 限要求设定。

进一步的，所述光源为宽带氙弧灯光源，所述光谱仪为宽波段光谱仪。

进一步的，所述光学遥感系统采用定时旋转扫描，测量间隔根据测量灵敏度以及 天气状况综合设定，系统测量光路覆盖范围内的待测大气污染物的总吸收，通过优化的算 法获得大气污染气体和气溶胶总的消光系数，用测量光程范围内的总的吸收，获得监测区 域的平均浓度。

更进一步的，所述气溶胶绝对光强计算是指：对于光源与两组角反射器形成的不同光路，其中一路光程记为，另一路光程记为，CCD探测器接收的光强分别记为和，则：

式中，为光源的强度；与分别表示两路光程的校正系数，记，大气总的消光系数为：

借助能见度确定总的校正系数，选择在干净天气条件下，在550nm光强处校准，得到，这样来保证测量到绝对光强度，正确获取消光系数，基于差分原理获得大气污染物浓度；基于核函数理论获取气溶胶物理特性。