利用被动差分吸收光谱技术反演南极中山站地区夏季臭氧柱浓度

章旭峰 | -> | 698| 0| 0.810472MB |臭氧,垂直柱浓度,被动差分吸收光谱,南极

摘　要　采用被动差分吸收光谱技术（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＤＯＡＳ）对南极中山站地区（６９°２２′２４″Ｓ，７６°２２′１４″Ｅ）的臭氧柱含量进行了７２天（２００８年１２月１０日—２００９年２月１９日）观测，通过被动差分吸收光谱处理方法对系统采集的天顶太阳散射光谱进行处理。在反演过程中，考虑了Ｏ３，ＯＣｌＯ，ＮＯ２，Ｏ４和ＢｒＯ的吸收以及大气Ｒｉｎｇ效应对测量光谱的贡献，获得该区域臭氧柱含量逐日变化趋势。结果表明，观测期间中山站地区没有出现明显的臭氧空洞，但在短时间尺度臭氧含量有较大幅度变化，尤其在１２月中旬和２月上旬。与中山站地区Ｂｒｅｗｅｒ臭氧光谱仪和星载ＯＭＩ观测资料进行比较分析得出，被动ＤＯＡＳ与Ｂｒｅｗｅｒ臭氧光谱仪观测数据的相关系数为０．８６３与星载ＯＭＩ观测数据的相关系数为０．８４０，均表现了很好的相关性，说明在南极地区采用被动ＤＯＡＳ在线观测Ｏ３柱含量的方法是可靠的。

    臭氧层集中分布在离地面２０～２５ｋｍ的大气层中，能吸收波长小于３００ｎｍ的太阳紫外辐射，从而保护地球上的生命。然而，随着人为排放氟氯烃、氮氧化物等痕量气体向大气排放逐渐增多，臭氧层遭到严重破坏。南极作为全球气候变化的敏感地区之一，直接影响着全球大气环流和气候的变化。由于极地平流层云和极地涡旋等特殊的气候条件的影响，南极地区在春季易出现臭氧空洞［１，２］。对南极地区臭氧变化的研究，不仅在大气科学理论研究上，在全球生态环境响应的研究上也具有重要意义。
    目前对大气中Ｏ３总量的地基探测，主要利用双波长（或多波长）技术。２０世纪７０年代以来，差分光学吸收光谱（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，ＤＯＡＳ）技术被广泛用于近地面Ｏ３含量、大气Ｏ３垂直柱含量和廓线分布的观测［３－６］。该技术利用光线在大气中传输时各种气体分子在不同波段的特征吸收，实现对待测气体识别、定性或定量测量。其定性分析的依据是痕量气体的特征吸收截面，定量分析的基础则在于气体分子对光线的吸收强度。按光源的不同，主要分为主动ＤＯＡＳ和被动ＤＯＡＳ［７］。其中被动ＤＯＡＳ作为一种光学遥测手段，摆脱了光源的束缚，能够以多种形式（地基、车载和星载等）用于区域乃至全球监测［８］，对痕量气体柱浓度及垂直廓线测量十分有效，具有更广阔的应用前景［９］。
    本文采用被动ＤＯＡＳ技术对南极中山站地区夏季的大气Ｏ３柱总量进行观测，研究了ＤＯＡＳ技术反演Ｏ３柱总量的方法，并将结果与同站点的Ｂｒｅｗｅｒ臭氧仪观测结果及星载（ｏｚｏｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＯＭＩ）观测数据进行对比研究。

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