[發明專利]基于車載雙光路差分吸收光譜的源清單獲取方法與裝置

在審

• 申請號: 201710006255.2
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106841076A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李昂;胡肇焜;謝品華;徐晉;吳豐成
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/33
• 分類號: G01N21/33
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于一種光學遙感方法與裝置，具體是一種基于車載雙光路差分吸收光譜的源清單獲取方法與裝置。

背景技術

排放源清單是按排放源類型列出的數據庫，是各種大氣污染源在一定時期內排放到大氣中的不同污染物的排放量。目前對于污染源的排放數據獲取方法，除了常用的污染源調查統計方法外，還有衛星遙感、模型計算等。國外學者們認為在發展中國家由于缺乏可靠的排放數據，對這些地方的排放進行定量以及探討對局地或區域的影響顯得非常困難，因此他們采用衛星估算區域污染物排放通量。衛星遙感方法的不需要某個區域具體的排放數據，只要通過對衛星數據的反演即可得到排放量，這種觀測方式在大尺度的源清單獲取上具有一定的優勢。模型計算目前來說是一種較為常見的源清單獲取方法，其通過對環境統計數據的計算獲得原始排放數據，再通過污染源排放模型可獲得一定分辨率的污染物排放量。它可以獲得不同分辨率的污染物排放量，是空氣質量模型進行情景分析，預報預警等的前提與基礎。但目前中國的發展日新月異，污染源情況變化頻繁，這種以調查方式為基礎的源清單具有很強的時間滯后性。因此高時空分辨的源清單的及時獲取一直是一項技術難題。

近年來，各種大氣環境監測技術取得長足進步，其中光譜學遙測技術以其多組分檢測、連續實時的特點成為污染源排放監測的發展方向和技術主流。車載差分吸收光譜技術（Differential Optical Absorption Spectroscopy，DOAS）作為一種被動式光學遙測技術，由于具有快速實時、結構簡單、多組分同時觀測等優點，國際上已經被應用在工業園區的排放量觀測研究上。

發明內容

本發明的目的是通過使用車載雙光路紫外差分吸收光譜裝置，實現觀測區域內高時空分辨的常規污染氣體（NO_2、SO₂等）的排放源清單快速以及同時獲取。該方法不需要任何調查數據或統計數據輔助，可直接獲得觀測區域內各類污染源（包含點源、面源、散源及無組織源等）的高時空分辨的排放清單，獲取的清單可以直接被CMAQ等空氣質量模型使用。

本發明通過以下技術方案予以實現：

基于車載雙光路差分吸收光譜的源清單獲取方法，其特征在于：通過車載雙光路紫外差分吸收光譜裝置獲取觀測路徑上的常規污染氣體的垂直柱濃度，使用內插值的方法格點化重構車載觀測路徑內的污染氣體分布，同時耦合風速風向數據（v），進而求得各格點內污染氣體垂直柱濃度沿風場方向的變化量ΔVCD_∥V，結合格點沿垂直風向的截距L_⊥V，則該格點在該時間段內對外的排放量Flux為：Flux=ΔVCD_∥V ?v ?L_⊥V，該區域內排放清單即為觀測區域內各格點的污染氣體排放量的集合。

基于車載雙光路差分吸收光譜的源清單獲取裝置，其特征在于：包括有兩個位于不用觀測角度的望遠鏡，兩個望遠鏡的信號輸出端通過光纖連接光譜儀，兩個望遠鏡的觀測光路上還設有定位系統，光譜儀、定位系統與計算機連接；兩個望遠鏡將散射光經光纖導入光譜儀，通過雙光路的觀測方式，獲取對流層大氣90°與30°觀測角度上常規污染氣體的斜柱濃度，通過幾何近似將斜柱濃度轉換為垂直柱濃度后，結合定位系統的定位數據，將數據在計算機中結合，獲取觀測路徑上常規污染氣體的垂直柱濃度。

本發明的主要特點在于：

1、以雙光路的觀測方式，結合定位系統，獲取觀測路徑上常規污染氣體的垂直柱濃度。2、使用內插值的方式網格化重構了觀測區域內污染氣體的柱濃度分布。3、將沿風場方向的垂直柱濃度變化量，結合格點沿垂直風向的截距，獲取在該剖面上的污染物通量。4、可靈活快速地同時實際測量區域內多種污染氣體的排放源清單，無需任何統計數據輔助。5、所獲得的源清單數據基于實際測量結果，包含了區域內點源、面源、散源及無組織源等污染源排放數據，無需進行數據同化，無需統計數據或模型進行修正，節省大量人力物力。可直接被空氣質量模型如CMAQ等使用。

本發明的有益效果在于：

本發明實現了區域內各類污染源高時空分辨的常規污染氣體（NO₂、SO₂等）的排放源清單快速以及同時獲取，為掌握區域排放提供了有力的測量手段，為空氣質量模型進行情景分析，預報預警提供了實測的污染源清單，為環境保護部門掌握區域污染情況提供了技術支持。

附圖說明

圖1為車載雙光路紫外差分吸收光譜裝置示意圖。

圖2為源清單獲取方法示意圖。

具體實施方式