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大气微量气体CO的地基红外遥感

作　者: 吴宏议
导　师: 郑有飞；王普才
学　校: 南京气象学院
专　业: 气象学
关键词: 微量气体 CO CH4 水汽 红外遥感 红外光谱仪
分类号: P412
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


大气中CO、CH4和N2O等微量气体具有化学活性，它们在大气中浓度的变化影响着大气化学反应平衡和物质平衡，从而影响其他许多微量气体成分包括一些大气污染成分如臭氧的浓度分布及变化。同时CH4和N2O都是温室气体，它们浓度的变化将对全球气候产生重要的影响。所以对CO、CH4和N2O等微量气体的研究在气候与大气环境方面都具有重要意义。 本文详细介绍了中分辨率红外光谱仪和利用该仪器测量的太阳红外吸收光谱反演大气CO等微量气体的原理和方法。原理和数据分析表明，该测量方法可以较好地反演出大气CO等微量气体的柱总量。对CO大气柱总量的反演精度可达到8％-10％。反演算法简单易用。 自1996年以来，中国科学院大气物理研究所中层大气与遥感研究部利用中分辨率红外光谱仪系统，在北京市区北三环和北四环中路之间的中国科学院大气物理研究所主楼楼顶进行了CO、水汽和CH4等大气微量气体柱总量的观测，获得每年秋季（10、11月），1997、1999年夏季和2003年一整年的CO和水汽的资料：1996、1998、2001和2002年秋季CH4的资料。此外，1992年在相同地点对这几种气体和N2O作过短期观测，获取了这些微量气体的少量资料。本文通过对这些资料的分析和计算，研究了最近几年这些微量气体在城市中的分布和变化情况，探讨了影响这些气体浓度变化的因素。主要研究过程和结果如下： （1） 利用太阳吸收光谱反演得出的CO柱总量与地面CO浓度之间、水汽柱总量与地面露点温度之间存在着比较好的相关性。所以，CO柱总量的观测值也能大致反映出近地面CO的污染状况。 （2） 1996～2003年秋季北京CO柱总量月平均在0.1～0.2atm·cm之间，CH4在1.17～1.47 atm·cm范围内。1992年观测到的N2O的柱总量在0.24～0.26atm·cm之间，平均为0.248 atm·cm。 （3） CO柱总量11月平均值的最高值出现在1998年，为0.185 atm·cm，与1997下半年到1998年发生的严重生物质燃烧事件相对应。之后下降，1999年后大气中CO浓度又回复到正常水平，为0.15 atm·cm，2001出现最低值 为0.122 atin.em。2001年和2002年C场柱总量平均值（约1.18 atm.em） 均比1996年（1.47 atm.cm）和1998年（1.38 atm.em）的低，这可能是因 为北京秋季CH4排放源减少，也可能是CO、OH等浓度变化引起的。（4）CO柱总量季节变化明显，冬季高，夏季低，而水汽正好相反。（5）北京市CO柱总量的季节变化受人为主要排放源的季节变化影响很大; CO浓度的变化和气象条件关系紧密，影响CO柱总量逐日变化和日变化 的气象因子主要有大气稳定度和风速风向等。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-6
Abstract(英文摘要)  6-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 引言  10-11
  1.2 目前国内外对CO等微量气体的主要研究方向和探测结果  11-17
    1.2.1 一氧化碳(CO)  11-13
    1.2.2 甲烷(CH_4)  13-16
    1.2.3 氧化亚氮(N_2O)  16-17
  1.3 目前存在的不足和本文的主要研究内容  17-19
    1.3.1 目前存在的问题与不足  17
    1.3.2 本文的主要研究内容和突破点  17-19
第二章 大气微量气体的吸收光谱特征  19-23
  2.1 大气分子光谱特征的基本理论  19-20
  2.2 大气中水汽、CH_4、CO等微量气体的红外光谱特征  20-23
第三章 地基红外遥感原理、数据获取与处理  23-31
  3.1 红外遥感大气组分的基本原理  23-24
  3.2 红外光栅光谱仪  24-25
  3.3 遥感波段  25-26
  3.4 遥感原理  26-27
  3.5 资料的处理方法  27-29
  3.6 误差分析  29-31
第四章 大气CO等的遥感结果及其分析  31-48
  4.1 CO  31-42
    4.1.1 观测实例  31-32
    4.1.2 人为影响因素分析  32-34
    4.1.3 与气象条件关系的探讨  34-37
    4.1.4 时间变化规律分析  37-40
    4.1.5 与地面其他污染物的比较  40-42
  4.2 H_2O  42-45
  4.3 CH_4和N_2O  45-48
    4.3.1 甲烷CH_4  45-47
    4.3.2 氧化亚氮N_2O  47-48
第五章 总结与展望  48-51
参考文献  51-56

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 大气科学（气象学） > 大气探测（气象观测） > 探测技术与方法
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