为实现机动车尾气高精度监测，提出一种高精度宽量程NO测量方法。针对尾气中SO₂及NO在紫外波段存在吸收峰重合从而无法直接进行单组分气体反演问题，首先用紫外差分光学吸收光谱（ultra-violet differential optical absorption spectroscopy, UV-DOAS）法计算得到混合气体在NO敏感波段（200 nm～230 nm）的差分光学密度（differential optical density, DOD），并引入自适应干扰对消技术以实现混合气体DOD的快速分离，最终利用最小二乘法对分离出的NO进行浓度反演。该方法可实现100×10^?6～3 000×10^?6范围内NO浓度（气体的体积分数）快速反演，经测试，在100×10^?6～200×10^?6浓度范围内反演相对误差绝对值小于10%，在300×10^?6～3000×10^?6浓度范围内，反演相对误差绝对值小于5%。该方法具有测量量程大、速度快的特点，可满足汽车尾气中3 000×10^?6范围内NO浓度测量要求。

气溶胶垂直廓线是评估污染物来源、 输送等途径的必要手段。 气溶胶污染对环境和人体健康带来直接的影响。 该研究于2019年4—5月, 利用中国科学院大气物理研究所(39.98°N, 116.39°E)的地基多轴差分光学吸收光谱(MAX-DOAS)仪, 对北京地区春季大气光谱垂直廓线进行了观测。 凭借MAX-DOAS实时、 在线、 连续的观测优势, 能有效的对气溶胶进行监测。 MAX-DOAS基于最优估算法(OEM)以及最小二乘光谱拟合法, 并以辐射传输模型SCIATRAN作为前向模型, 利用海德堡廓线(HEIPRO)算法反演得到气溶胶消光系数的垂直廓线, 通过对气溶胶消光系数在其路径的积分获得气溶胶光学厚度(AOD)。 利用地基太阳光度计观测的AOD和高塔观测的颗粒物质量浓度垂直廓线, 分别与MAX-DOAS观测的AOD和气溶胶消光系数垂直廓线进行对比, 验证MAX-DOAS算法的适用性。 研究结果表明, MAX-DOAS与太阳光度计观测AOD结果, 相关系数为0.92, 斜率为0.89。 三层气溶胶消光系数与PM_2.5质量浓度的皮尔森相关系数从低处到高处分别达到0.69(60 m), 0.77(160 m)和0.75(280 m)。 并且, 将气溶胶平均消光系数和对应三层(60, 160和280 m)的PM_2.5平均质量浓度对比, 发现两者趋势一致。 同样的, 为了验证MAX-DOAS是否具备准确识别污染物的长距离输送的能力, 我们通过Angstrom指数确定沙尘天气, 通过计算梯度理查森数和边界层高度确定静稳天气, 分析了在特殊天气条件下, MAX-DOAS能够对沙尘和静稳天气做出及时、 准确的响应。 分析气溶胶平均消光系数, 发现气溶胶垂直廓线随高度升高呈现指数衰减变化的趋势, 并且气溶胶消光系数均值在1.5 km高度处约为近地面的50%左右, 而在1.5 km以上消光系数会随着高度的增加而快速减小。 当高度达到2 km左右时, 气溶胶消光系数均值下降到了0.1 km^-1。 以上结果表明MAX-DOAS探测大气气溶胶垂直廓线具有较高的适用性。

取代基通过取代苯环上的H原子形成不同苯系物(苯、 甲苯、 二甲苯等), 其共有结构苯环上的不固定π键电子受到激发, 使得苯系物在紫外波段240~280 nm具有明显的特征吸收结构, 鉴于此大气中的苯及相关的苯系物可以通过差分光学吸收光谱(DOAS)方法来进行定量, 但采用该波段测量需要考虑以下问题: 首先是氧气(O₂)的吸收干扰问题, 苯(C₆H₆)在该波段的吸收截面与O₂在243~287 nm Herzzberg带相互重叠, 且O₂的特征光谱结构随O₂的浓度不同而变化, 导致O₂的吸收光学密度与O₂的浓度不成线性关系。 其次, 苯系物结构上的相似性使其在紫外波段的特征吸收结构差别较小并且相互重叠, 从而对C₆H₆的拟合产生干扰。 此外, 除了O₂和苯系物以外, 还有臭氧(O₃)、 二氧化硫(SO₂)等干扰。 C₆H₆在195~208 nm的深紫外波段具有较大的吸收截面(2.417×10^-17 cm²·molecule^-1), 为240~260 nm处截面大小(2.6×10^-18 cm²·molecule^-1)的9倍左右, 针对C₆H₆在深紫外195~208 nm波段的吸收特征, 开展便携式DOAS定量方法研究, 采用该波段进行C₆H₆的光谱定量分析并应用到实际的外场观测。 通过建立C₆H₆与干扰气体SO₂, 氨(NH₃), 二硫化碳(CS₂)和一氧化氮(NO)的差分吸收截面的二维相关性矩阵, 获取C₆H₆光谱定量的最优反演波段。 通过开展实验室条件下C₆H₆, SO₂和NH₃不同浓度配比的混气实验对195~208 nm波段反演C₆H₆的效果进行评估。 实验结果显示, 采用195~208 nm波段进行光谱反演的探测限为17.6 μg·m^-3, 光谱反演浓度与理论浓度的相对测量误差均小于5%且RSD(相对标准偏差)小于3%, 同时与240~260 nm波段反演结果进行对比, 相对误差小于5%。 在外场实际情况下, 利用便携式DOAS系统获取190~300 nm的大气测量光谱, 通过DOAS方法解析并结合GPS信息, 获得了某化工园区C₆H₆的污染浓度分布, 实验结果表明采用195~208 nm深紫外波段同样能适用于对C₆H₆的光谱定量, 与240~260 nm波段反演结果进行对比, 二者的相关性达到了0.98且相对误差小于10%。