论文部分内容阅读
随着工业发展，大气污染越发受到人们的关注，特别是重工业城市的大气污染问题。污染的长期监控测量对于大气环境改善和污染防治意义重大。长期连续监测要求监测仪器向小型化，低成本，低功耗、易维护方向发展。差分吸收光谱技术作为常用大气污染测量方法之一，亦需顺应这一趋势。 发光二极管(LED)是一种节能环保的小型冷光源，具有使用寿命长和可靠性等优势。因此，LED成为主动DOAS新光源，对主动DOAS系统向小型化、节能环保方向发展有着重要意义。本论文致力于研究基于小功率的冷光源LED的光纤耦合长程DOAS系统来完成常规大气污染物的监测。根据SO2、O3和NO2吸收波段，优化选择多种不同波长的紫外LED作为系统光源，应用于紫外LED光纤耦合长程DOAS系统对合肥市科学岛大气中SO2、O3和NO2进行测量:(1)基于单LED光源光纤耦合DOAS系统分别开展大气SO2、O3和NO2测量，与传统氙灯长程DOAS系统的对比结果显示两者具有较好的一致性，SO2，O3和NO2的相关性分别为0.987，0.992和0.985，验证了紫外LED应用于差分吸收光谱技术的可行性，确定了各气体测量的最佳LED波段;(2)设计了多LED组合式宽带光源，采用一分三光纤束实现两种紫外LED组合式光源（波长范围:270-315nm），同时测量了大气SO2和O3浓度。针对双LED光谱结构对浓度反演的干扰，通过合成不同光强比例的双LED光源参考谱去除其影响，并与氙灯长程DOAS系统的测量结果进行对比，相关性大于0.95;(3)在双LED组合基础上，设计了一分四光纤束组合三种LED光源（波长范围:270-315nm和356-392nm），由于各LED间光功率相差甚远，通过调整合适的积分时间完成三种污染物的测量，当吸收光程为700m时，SO2、O3和NO2的探测限分别为0.82，7.75和5.75ppb。观测值与传统长程DOAS系统的测量结果间相关性系数均大于0.90，偏差小于3.5％;(4)根据观测结果初步分析了科学岛春季SO2、 NO2和O3浓度水平、日变化以及可能的来源。 研究结果表明，通过光纤耦合方式来提高光源耦合效率后，采用以小功率LED为光源的LP-DOAS系统来探测紫外波段的气体吸收是切实可行的;提出一分多型光纤束的形式组建多种波段LED组合式光源可以同时测量多种气体污染物。