基于激光外差光谱仪的主要温室气体柱浓度反演研究

摘要

水汽和甲烷等温室气体的含量及其吸收效应对地气系统辐射收支平衡、激光大气传输效应评估等具有显著的影响。针对部分激光工程应用而言，传统的探测手段难以兼顾高分辨率以及便携机动等需求。为此，本文基于一种高灵敏度、高分辨率的激光外差光谱探测技术，开展了整层大气透过率的直接测量，并同步反演了水汽和甲烷的柱浓度，取得的主要成果如下:
　　1)基于激光外差光谱技术，利用窄线宽带间级联激光器作为本振光源，与太阳跟踪仪结合，建立了一套3.53μm高分辨率激光外差光谱仪，光谱分辨率达到了0.002cm-1。
　　2)采用Langley-plot方法对高分辨率激光外差光谱仪进行了现场定标，获得了云南姚安、安徽合肥两地的2831～2833cm-1波段太阳直射光谱的测量数据。对实测的太阳光谱进行归一化处理，获得了高分辨率的整层大气透过率谱。
　　3)利用逐线积分辐射传输模式LBLRTM(Line By Line Radiative Transfer Model)同步计算了整层大气透过率谱，并与实测谱进行了非线性迭代拟合，实现了水汽和甲烷柱浓度的综合反演，水汽的反演结果与微波辐射计、太阳辐射计的实测值一致性相对较好，最小相对偏差分别为16.59％、9.83％。
　　4)高分辨率激光外差光谱仪结合其反演算法是一种有效的整层大气透过率以及水汽、甲烷等吸收气体含量探测的综合设备，在多组分气体浓度探测方面将有广泛的应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 温室气体探测方式

1．2．2 温室气体浓度反演方法

1．3 本文主要内容

第2章 激光外差光谱技术基础理论

2．1 分子吸收理论基础

2．2 激光外差探测基础理论

2．2．1 光电探测简介

2．2．2 激光外差探测基本原理

2．2．3 激光外差装置的信噪比分析

2．2．4 激光外差装置的系统性能

2．3 本章小结

第3章 温室气体柱浓度反演算法研究

3．1 整层大气太阳吸收光谱遥感反演理论

3．2 整层大气透过率模拟

3．2．1 大气模式

3．2．2 逐线积分

3．3 温室气体柱浓度反演方法与软件实现

3．3．1 柱浓度反演原理

3．3．2 程序结构

3．4 本章小结

第4章 温室气体柱浓度反演结果与分析

4．1 云南观测站测量数据处理

4．2 合肥科学岛测量数据处理

4．3 系统关键参数

4．3．1 仪器响应函数

4．3．2 系统噪声

4．3．3 大气质量因子

4．3．4 分子光谱与气象参数

4．3．5 气体初始廓线

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 论文工作总结

5．2 后续工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果