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全景扫描成像DOAS技术监测大气NO2三维分布方法研究
结题报告
批准号:
41605017
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
周海金
学科分类:
D0509.大气观测、遥感和探测技术与方法
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄书华、汪世美、赵敏杰、张泉、奚亮、杨维
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中文摘要
全景扫描成像DOAS(HSI-DOAS)技术利用大视场成像光谱仪,水平扫描采集太阳散射光谱,可解析出NO2等痕量气体的高分辨率三维分布数据,对于研究污染物排放、传输和演变过程有重要意义,具有很大的应用前景和研究价值。但现阶段HSI-DOAS相关研究刚刚起步,尚停留在斜柱浓度反演阶段,三维分布解析的相关研究还没有开展,难以为大气环境科学研究提供有效数据,限制了该技术的推广应用。..为此,本项目开展HSI-DOAS监测NO2三维分布方法研究。研究中针对HSI-DOAS光谱响应不均一等特性,开展光谱定标、参考光谱选择、空间维合并等研究,以提高斜柱浓度反演精度;随后基于最优估算法,开展HSI-DOAS反演NO2垂直廓线研究;并利用O4斜柱浓度量化有效观测距离,以计算地表NO2混合比及分段混合比,最终获取NO2三维分布信息。本项目将推动HSI-DOAS技术在大气环境科学领域的应用和发展。
英文摘要
Hemispherical scanning imaging DOAS(HSI-DOAS) technology is developed based on imaging spectrometer with large field of view. It can derive atmospheric nitrogen dioxide high resolution three-dimensional distribution information through the horizontal scanning measurement of solar scattering light of every direction, and it will play important role on the research of pollutant emission, transport and chemical evolution process, so this technology has great application prospects and research value. Now the relative research of HSI-DOAS is just started, and stays on the period of retrieval of slant column density. The systematic study of trace gas three-dimensional distribution retrieval has not been carried out, so the valuable data cannot been provided for atmospheric environmental science, and the application and promotion of this technology is limited..To solve these problems, this research focuses on the retrieval algorithm of NO2 three-dimensional distribution from HSI-DOAS. Considering that HSI-DOAS has the characteristic of spectral response inhomogeneity and so on, research of instrument spectral calibration, selection of reference spectrum and image spatial binning will be carried out to improve trace gases slant column density precision; Then, the retrieval of NO2 vertical distribution from HSI-DOAS will be researched based on optimal estimation method; the effective observation path of HSI-DOAS will also be derived from O4 SCD for the calculation of surface NO2 mixing ratio and range resolved mixing ratio. Finally, three-dimensional distribution information are derived. This work will promate the improvement and application of HSI-DOAS technology in atmospheric environmental science.
本项目开展了地基全景扫描成像差分吸收光谱仪(HSI-DOAS)测量痕量气体空间分布的相关算法研究。搭建了高分辨率HSI-DOAS系统,利用大视场成像光谱仪,水平扫描采集太阳散射光谱。研究中优化选择参考光谱,通过空间合并提升数据信噪比,解决了空间维仪器函数不一致的影响,最终利用差分吸收光谱算法,实现了成像光谱到斜柱浓度的反演。结合最优估算法,实现了痕量气体垂直分布廓线反演,获取了不同方位的污染气体分布可视化观测,在工业园区获取了良好的观测效果。开展了断层扫描重建研究,引入低三阶导数全变分法,进行层析反演,重建得到污染源排放烟羽截面内痕量气体瞬态浓度分布,观测柱浓度与重建图像柱浓度值具有较好的一致性。重建算法具有较高时间分辨率和可信度,极大减少了伪影。本项目工作首次针对HSI-DOAS技术应用开展了算法研究,有助于后续其在大气环境科学领域实际应用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:--
发表时间:2017
期刊:光学学报
影响因子:--
作者:杨太平;司福祺;赵敏杰;窦科;周海金;罗宇涵;刘文清
通讯作者:刘文清
DOI:--
发表时间:2018
期刊:光谱学与光谱分析
影响因子:--
作者:张泉;黄书华;田禹泽;鲁月林;赵敏杰;周海金;赵欣;王煜;司福祺
通讯作者:司福祺
DOI:--
发表时间:2019
期刊:上海航天
影响因子:--
作者:周海金;赵敏杰;江宇;黄书华;薛辉;司福祺
通讯作者:司福祺
DOI:--
发表时间:2019
期刊:光谱学与光谱分析
影响因子:--
作者:黄珊;司福祺;赵敏杰;周海金;江宇
通讯作者:江宇
DOI:--
发表时间:2017
期刊:光子学报
影响因子:--
作者:张泉;黄书华;赵欣;司福祺;周海金;王煜;刘文清
通讯作者:刘文清
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