1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 安徽大学互联网学院, 安徽 合肥 230039
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院大气光学重点实验室, 安徽 合肥 230031
利用大气本底站监测数据验证了大气红外探测仪 (AIRS) 反演数据 (2003年3月―2021年2月)，在此基础上基于AIRS数据分析了南极臭氧柱总量时空分布以及变化特性，并进而利用线性回归、相关性分析、小波分析等方法，结合平流层温度和海冰数据，分析了南极臭氧柱总量变化特征的影响因素。结果表明：AIRS反演数据与大气本底站监测数据的相关系数均在0.945以上，具有较高的准确度和平稳性。南极臭氧柱总量的时间变化具有很强的周期性，谷值与谷值交替约为12个月。通过小波时-频结合分析发现，南极臭氧柱总量明显存在时间尺度为2、4、6、8～10、13年的周期，其中震荡最剧烈的第一主周期13年又以10年为周期变化，第二主周期6年又以4年为周期变化，2003―2021年内第一主周期经历了2次高-低变化期，第二主周期经历了4次高-低变化期。臭氧柱总量随季节变化明显，春季是南极臭氧柱总量最高的季节，冬季、夏季、秋季依次次之。南极臭氧的空间分布特征差异较大，总体来看纬度越高，臭氧柱总量越低，并在85° S附近达到最低值。南极洲大部分区域平流层温度与臭氧柱总量呈显著正相关，统计结果显示当平流层温度小于189 K时会出现臭氧洞；南极海冰范围与南极臭氧柱总量变化基本一致，两者皆存在2、6～8、12～14年的变化周期，但海冰范围变化要早一个月。
南极 臭氧柱总量 小波分析 平流层温度 海冰范围 Antarctic total ozone column wavelet analysis stratospheric temperature sea ice extent 大气与环境光学学报
2023, 18(3): 201
1 安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽 淮南 232001
2 中国科学技术大学研究生院科学岛分院, 安徽 合肥 230026
利用 OMI 每日 L3 级 O3 柱总量数据对中国区域 2005-2020 年间臭氧柱总量变化趋势开展研究, 构建了相关数据库, 并基于数据筛选和数据挖掘分析了该期间中国区域臭氧柱总量与纬度和经度的相关性。结果表明, 在 2005-2020 年间, 中国区域上空的臭氧柱总量随纬度增大而增大, 而其与经度的关系受纬度值影响。当纬度大于特定阈值时, 臭氧柱总量随经度增大而增大; 而当纬度小于该值时, 臭氧柱总量由西向东基本保持稳定。研究结果对于揭示中国区域臭氧柱总量变化规律、进一步分析全球臭氧变化趋势具有重要意义。
臭氧柱总量 时空分布 经纬度 变化趋势 total ozone column amount temporal and spatial distribution longitude and latitude variation trend 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 495
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230036
3 安徽大学物质科学与信息技术研究院, 安徽 合肥 230601
利用差分吸收光谱技术 (DOAS) 反演了我国首个星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 (EMI) 的臭氧斜柱浓度 (SCD), 通过 SCIATRAN 辐射传输模型建立了大气质量因子 (AMF) 的查找表, 最终得到 EMI 的臭氧垂直柱浓度 (即臭氧柱总量)。将 EMI、OMI 和 TROPOMI 于 2018 年 11 月 2 日获得的南极区域臭氧柱总量进行了对比分析, 三者均观测到南极中高纬度 (30° S～70° S) 的臭氧高值区域与南极内陆 (75° S～90° S) 的臭氧低值区域, 且 EMI 与 OMI、TROPOMI 的臭氧柱总量相关性 (R2) 分别为 0.977 和 0.979。进一步将 EMI 反演的臭氧柱总量与南极长城站 (62.22 S, 58.96 W) 地基天顶散射光差分吸收光谱仪 (ZSL-DOAS) 反演的臭氧柱总量进行对比, 二者相关性 (R2) 为 0.926。
大气痕量气体差分吸收光谱仪 差分吸收光谱技术 南极 臭氧柱总量 查找表 environmental trace gases monitoring instrument differential optical absorption spectroscopy Antarctica total ozone columns lookup table 大气与环境光学学报
2021, 16(3): 215
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 大气光学重点实验室, 合肥 230031
2 中国科学技术大学 研究生院科学岛分院, 合肥 230026
3 皖西学院 电气与光电工程学院, 安徽 六安 237012
4 卡尔斯鲁厄理工学院, 德国 卡尔斯鲁厄 76131
利用地基傅里叶变换光谱仪EM27/SUN观测了合肥地区H2O、CO2、CH4及CO四种气体分子的柱浓度.观测结果表明：合肥地区XH2O、XCO2在测量期间变化较大，H2O和CO2的变化幅度分别为1 353.17~5 289.43 ppm及409.22~415.05 ppm；XCH4和XCO两种气体分子的变化较小，其标准差均在10-2数量级；XH2O、XCO2、XCH4和XCO的平均值分别为2 109.10 ppm、411.59 ppm、1.87 ppm及0.13 ppm.将地基观测数据XCO2、XCH4分别与WACCM模式、GOSAT卫星数据进行了对比分析.结果表明，WACCM模式计算XCO2、XCH4的浓度比较稳定，仅在平均值附近有微幅变化，GOSAT卫星观测值略低于地基EM27/SUN的观测值，XCO2、XCH4相对偏差分别为0.45%和0.34%.利用GOSAT卫星数据分析了2010~2018年春季XCO2与XCH4的变化趋势，发现XCO2值从390.83 ppm增加到410.30 ppm，相对增长率为4.9%；XCH4值从1.802 ppm增加到1.869 ppm，相对增长率为3.7%.其结果可为追踪合肥及周边地区温室气体的源与汇提供科学依据.
傅里叶变换光谱技术 温室气体 柱总量 GOSAT卫星数据 Fourier transform infrared spectroscopy EM27/SUN EM27/SUN Greenhouse gases Total column WACCM WACCM Satellite data
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室， 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学合肥物质科学研究院， 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学地球与空间科学学院， 安徽 合肥 230031
4 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院， 安徽 合肥 230031
基于地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区一氧化碳（CO）垂直柱总量的变化， 连续采集近红外太阳吸收光谱， 获得2015年9月至2016年7月整层大气CO的垂直柱总量的时间序列。 观测结果显示合肥地区大气中柱平均干空气混合比(XCO)有着明显的季节变化， 在2015年10月有着较小值， 然后逐渐增加， 到2016年3月达到最大值， 之后逐渐下降， 在2016年7月底达到最小值， 并分析了季节变化的原因。 为了对地基近红外波段观测进行验证， 采用MOPITT卫星数据和站点同一光谱仪采集的中红外光谱反演的CO柱总量与同期测量的数据进行比对。 结果表明， MOPITT卫星数据与地基观测值的季节变化一致， 而MOPITT观测值整体高于地基FTS观测值； 近红外和中红外波段反演的CO柱总量季节变化范围一致。 将地基观测和卫星观测数据进行日平均计算, 并进行相关性分析， 得到的地基近红外和卫星观测、 地基中红外的CO日平均柱总量的线型回归相关系数分别为085和091， 显示出高的相关性， 证明了地基近红外波段反演CO垂直柱总量数据的准确性。 首次采用地基高分辨率傅里叶变换红外光谱技术观测合肥地区CO的垂直柱总量， 并将得到的观测结果与卫星数据比对， 得到准确的CO的垂直柱总量， 为解大气CO的时空分布状况及其演变规律、 追踪合肥地区CO的源汇分布提供理论依据。
傅里叶变换红外光谱技术 一氧化碳 柱总量 太阳吸收光谱 卫星数据 Fourier transform infrared spectroscopy Carbon monoxide Total column Solar absorption spectra Satellite data 光谱学与光谱分析
2018, 38(5): 1329
1 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥,230031
首先阐述辐照度法在大气环境监测中的应用价值及其测量原理和方法.其次，应用VF921-256光谱辐射计，通过实验研究反演获取了大气环境监测中比较关心的一些特性参数，如气溶胶光谱光学厚度、臭氧柱总量、漫射辐射与总辐射比以及气溶胶谱分布等.最后讨论了辐照度法在大气环境监测应用中需要考虑的几个影响因素.
辐照度法 光谱光学厚度 柱总量 irradiance-based method spectral optical deepth column content
