星载大气痕量气体差分吸收光谱仪狭缝函数研究

• 作者: 司福祺 周海金 江宇 赵敏杰 黄珊
• 来源期刊: 光谱学与光谱分析
• 学科: 物理学
• 关键词: 星载大气痕量气体差分吸收光谱仪 光谱定标 狭缝函数 气体反演
• 年，卷（期）: 2019,（7）
• 页码范围: 2008-2012
• 页数: 5页
• 分类号: O433
• 字数: 2147字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2019)07-2008-05

摘要

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪是一种新型光学遥感仪器,具有分辨率高(0.3～0.5 nm)、宽光谱范围(240～710 nm) 、大视场角(114°视场对应地面2 600 km)的特点,载荷采用推扫方式,可实现1日全球覆盖监测.载荷通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外／可见光,利用差分吸收光谱技术来获取全球大气痕量气体(NO2 ,SO2 ,O3 等)分布和变化.定标是遥感数据定量应用的前提,同时为获取载荷光谱特性,需要在地面完成载荷的光谱定标.根据大气痕量气体差分吸收光谱仪视场角度大、谱段范围宽、空间和光谱分辨率高等特点,搭建了一套基于二维转台的光谱定标系统,此系统能够完成全视场光谱定标.光谱定标采用标准谱线法,光谱定标光源使用汞灯.光谱响应函数是描述光谱仪光谱响应特性的重要参数,根据光谱响应函数可以获取载荷的光谱分辨率,同时也是基于DOAS反演的关键输入参数,光谱响应函数的精度直接影响大气痕量气体的反演结果.根据载荷实际测试的光谱响应数据,选取了Gauss ,Lorentz和Voigt三种函数作为待选的光谱响应函数.为对三种函数模型进行筛选,进行了两种筛选对比测试,首先分别用Gauss函数、Lorentz函数、 Voigt函数对载荷的单色光响应数据进行拟合,以三种函数的拟合残差平方和作为评判标准,拟合结果表明Gauss函数作为狭缝函数拟合的残差平方和最小为0. 01 ,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数拟合的残差平方和分别为0. 033和0.021 .从载荷单色光响应数据函数拟合的结果分析, Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型.为了进一步验证这一结论,进行了DOAS反演NO2 样气的实验,考察三种函数模型对反演的影响.在实验室开展了NO2 样气测试,大气散射光通过30?40cm的石英窗口入射到载荷狭缝,将NO2 样品池放置在载荷狭缝和石英窗口中间,获取的数据为NO2 样气吸收谱,随后充入N2 气体获取反演的参考谱,实验在晴朗天气下进行,并能够在较短时间内完成,可以减少外界天气条件对反演结果的影响.实验中NO2 样气浓度为8.481 2×1016 molec·cm －2 ,在利用DOAS进行反演时,设置仪器狭缝函数分别为Gauss ,Lorentz和Voigt函数,分析三组不同的函数模型对应的 NO2 浓度结果,根据反演结果的相对偏差对函数模型进行评价.实验结果表明Gauss函数作为狭缝函数反演结果的相对偏差最小为5. 6%,Lorentz和Voigt函数作为狭缝函数的反演相对偏差分别为28% 和15. 1%.由光谱响应数据的拟合结果及样气反演结果表明,Gauss函数可以作为载荷的光谱响应函数模型.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	司福祺	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	70	429	13.0	18.0
2	周海金	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	24	86	5.0	9.0
3	江宇	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	17	81	5.0	9.0
4	赵敏杰	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	13	40	3.0	6.0