隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重,而氣溶膠質(zhì)量濃度是評(píng)價(jià)大氣環(huán)境變化的重要參數(shù),光散射法是在線非接觸測(cè)量該參數(shù)的有效方法。光散射法包括顆粒群法和單粒子法。環(huán)境相對(duì)濕度較高時(shí),因顆粒具有吸濕性,其密度、折射率及形貌特征等物理性質(zhì)發(fā)生變化,從而影響其散射光信號(hào),此時(shí)若采用低濕度條件下系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)反演氣溶膠質(zhì)量濃度,將會(huì)降低其測(cè)量精度。因此,高濕度情況下必須對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行修正,即確定標(biāo)定參數(shù)與相對(duì)濕度之間的關(guān)系。

2014年，中科院合肥研究院研制了國(guó)際上首臺(tái)腔增強(qiáng)反照率光譜儀，實(shí)現(xiàn)了氣溶膠多參數(shù)光學(xué)(消光、散射、吸收、單次散射反照率)的原位、同步測(cè)量。近日，中科院合肥研究院安光所張為俊研究員課題組將腔增強(qiáng)反照率光譜儀與濕度快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)相結(jié)合，發(fā)展了一種新型的氣溶膠光學(xué)吸濕增長(zhǎng)特性測(cè)量裝置。

氣溶膠消光光譜儀采用寬帶腔增強(qiáng)光譜測(cè)量技術(shù)，有效解決了現(xiàn)有單波長(zhǎng)儀器測(cè)量時(shí)氣體吸收對(duì)消光系數(shù)測(cè)量的影響問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)消光光譜的實(shí)時(shí)、原位測(cè)量，并對(duì)測(cè)量技術(shù)和方法進(jìn)行研究，建立了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)校方法，完成了項(xiàng)目既定研究?jī)?nèi)容。其中，儀器技術(shù)指標(biāo)達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期考核要求，儀器靈敏度和探測(cè)精度優(yōu)于項(xiàng)目設(shè)定目標(biāo)。該儀器便于外場(chǎng)觀測(cè)及行業(yè)應(yīng)用的推廣，將提高臺(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。為準(zhǔn)確評(píng)估黑碳?xì)馊苣z輻射強(qiáng)迫等提供了一種關(guān)鍵技術(shù)手段。

2018年10月至11月，該儀器參加了粵港澳大灣區(qū)大型綜合觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，獲得了廣州地區(qū)氣溶膠多參數(shù)光學(xué)吸濕增長(zhǎng)特性的數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有方法相比，該裝置不僅光學(xué)參數(shù)齊全、準(zhǔn)確可靠，而且造價(jià)成本低、穩(wěn)定性好、適用于臺(tái)站長(zhǎng)期觀測(cè)，有很好的科研和業(yè)務(wù)應(yīng)用前景。

寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)

非相干光寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜作為高靈敏檢測(cè)技術(shù),已成功應(yīng)用于多種大氣痕量氣體濃度的測(cè)量。根據(jù)腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)測(cè)量原理可知,若已知測(cè)量氣體準(zhǔn)確濃度,鏡片反射率隨波長(zhǎng)的變化曲線、有效吸收長(zhǎng)度、光學(xué)腔內(nèi)有無(wú)測(cè)量氣體吸收前后的光輻射變化,可測(cè)量出待測(cè)氣體的吸收截面。SO_2由于a~3 B_1—X~1 A_1自旋禁阻躍遷,在345~420nm波段吸收截面較低(~10~(-22) cm2/molecule),其測(cè)量有一定難度,而準(zhǔn)確的弱吸收截面對(duì)于衛(wèi)星反演大氣痕量氣體濃度以及大氣研究等方面均有重要意義。采用365nm LED光源的寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)量357~385nm波段范圍SO_2的弱吸收,獲得該波段SO_2弱吸收截面,并與已公開(kāi)發(fā)表的SO_2吸收截面進(jìn)行對(duì)比,相關(guān)系數(shù)r為0.997 3,驗(yàn)證了非相干光寬帶腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)量氣體弱吸收截面的適用性。

積分球

是一個(gè)內(nèi)壁涂有白色漫反射材料的空腔球體，又稱(chēng)光度球，光通球等。 球壁上開(kāi)一個(gè)或幾個(gè)窗孔，用作進(jìn)光孔和放置光接收器件的接收孔。積分球的內(nèi)壁應(yīng)是良好的球面，通常要求它相對(duì)于理想球面的偏差應(yīng)不大于內(nèi)徑的0.2%。球內(nèi)壁上涂以理想的漫反射材料，也就是漫反射系數(shù)接近于1的材料。常用的材料是氧化鎂或硫酸鋇，將它和膠質(zhì)粘合劑混合均勻后，噴涂在內(nèi)壁上。氧化鎂涂層在可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的光譜反射比都在99%以上，這樣，進(jìn)入積分球的光經(jīng)過(guò)內(nèi)壁涂層多次反射，在內(nèi)壁上形成均勻照度。為獲得較高的測(cè)量準(zhǔn)確度，積分球的開(kāi)孔比應(yīng)盡可能小。開(kāi)孔比定義為積分球開(kāi)孔處的球面積與整個(gè)球內(nèi)壁面積之比。

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