光学技术, 2015, 41 (4): 289, 网络出版: 2016-01-19   

二氧化硫-臭氧-气溶胶多波长差分吸收激光雷达同时观测

SO2-O3-aerosol simultaneous measurements by multi-wavelength differential absorption lidar
作者单位
南京信息工程大学 中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室,江苏 南京 210044
摘要
利用多波长差分吸收雷达同时观测Miyakejima(34°04′22″N,139°31′40″E)火山爆发在对流层产生的SO2、O3以及气溶胶。此观测技术通过合理选择激光波长对((288.83nm,289.83nm),(288.10nm,289.83nm))能消除观测数据中由于SO2、O3的吸收以及气溶胶散射导致的相互影响,提高观测精度。用波长对(288.10nm,289.83nm)测量O3的浓度,然后再用实测O3所产生的吸收矫正其对SO2观测(使用波长对(288.83nm,289.83nm))浓度的影响;气溶胶消光系数通过实测弱吸收波长回波信号(或由532nm 的单波长回波信号)直接反演所得,并用来矫正气溶胶对SO2、O3观测产生的散射和消光误差;介绍了实验之前用于测试光路调试的定标误差分析,以及由于激光能量和实测大气的不稳定产生的统计误差。 实测火山爆发产生的对流层二氧化硫的浓度高达45ppb,测量误差小于10ppb,远远大于通常情况下二氧化硫的本底浓度1ppb;长期观测对流层臭氧的浓度约为45ppb,在2000年冬季对臭氧进行了时间为半个月的连续观测,最高浓度达250ppb,该高浓度臭氧可能来自于平流层的传输,该数据有助于研究对流层顶与平流层底交接区的大气运动。
Abstract
The measurements of tropospheric SO2、 O3 and aerosol from the Miyakejima (34°04′22″N,139°31′40″E)volcano emission are presented by using multi-wavelength differential absorption lidar (DIAL). Wavelength pairs ((288.83nm,289.83nm),(288.10nm,289.83nm)) are used for SO2,O3 profiling,respectively,to remove the mutual effects between SO2,O3 from the raw measurements data. The aerosol extinction coefficient is retrieved directly from the lidar return signal at ‘off’wavelength and used to estimate aerosol effects on SO2,O3 measurements.The SO2,O3 concentration at height between 1000m to 2000m for the volcano event are about 10~45ppb,and 20ppb.The measured SO2 concentration is much higher than the background concentration (1ppb).A high O3 concentration of about 250 ppb is abserved from continous measurements about 15 days.

曹念文, 谢银海, 祝存兄, 杨少波, 王贺. 二氧化硫-臭氧-气溶胶多波长差分吸收激光雷达同时观测[J]. 光学技术, 2015, 41(4): 289. CAO Nianwen, XIE Yinhai, ZHU Cunxiong, YANG Shaobo, WANG He. SO2-O3-aerosol simultaneous measurements by multi-wavelength differential absorption lidar[J]. Optical Technique, 2015, 41(4): 289.

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