光学学报, 2011, 31 (1): 0101001, 网络出版: 2010-12-24   

空间外差光谱技术应用于大气二氧化碳探测的能力分析

Abilitiy Analysis of Spatial Heterodyne Spectrometer in Atmospheric CO2 Detection
作者单位
中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
摘要
论述了在大气二氧化碳(CO2)探测中使用高分辨率红外光谱的必要性,并通过模拟计算,分析了天基高精度大气CO2探测所需要的工作波段、光谱分辨率和信噪比(SNR)等参数。以此为基础,介绍了针对这些参数研制的空间外差CO2探测仪样机,并通过实验室Mg灯观测结果,对仪器样机的分辨率进行了验证。最后利用辐射传输软件LBLRTM,结合准实时的美国国家环境预报中心(NCEP)再分析数据对地面观测光谱进行了精确的模拟。通过将模拟光谱与仪器实测光谱进行对比,得到了较好的匹配结果。该结果表明,空间外差CO2探测仪可以获得大气CO2的精细吸收结构,其观测数据能够满足大气CO2探测的要求。
Abstract
The necessity of using high-resolution near infrared spectra in space-based atmospheric CO2 detection is discussed. According to simulation results, some key parameters such as detection band, spectral resolution and singnal to noise ratio (SNR) for space-based CO2 detection are analysed. Based on these simulated parameters, a spatial heterodyne spectroscopy (SHS) prototype instrument is introduced. Then this prototype instrument′s spectral resolution and abilities in CO2 detection are verified by laboratory and out-door experiments. Using LBLRTM software and near-real-time atmospheric parameters acquired from National Centers for Environmental Prediction (NCEP), the ground-based observation data of the instrument is simulated. The comparison between simulation results and SHS prototype instrument′s measurements shows a good fit. It is proved that the SHS prototype instrument is very sensitive to atmospheric CO2 absorption, and the instrument′s measurements could be used for space-based atmospheric CO2 detection.

吴军, 王先华, 方勇华, 熊伟, 施海亮, 乔延利. 空间外差光谱技术应用于大气二氧化碳探测的能力分析[J]. 光学学报, 2011, 31(1): 0101001. Wu Jun, Wang Xianhua, Fang Yonghua, Xiong Wei, Shi Hailiang, Qiao Yanli. Abilitiy Analysis of Spatial Heterodyne Spectrometer in Atmospheric CO2 Detection[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(1): 0101001.

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