一种新型大气污染测量成像MAX-DOAS仪

二氧化氮(NO₂)是大气中的主要污染物。在对人类有毒有害的同时，它还会产生对流层臭氧，并在酸雨的形成中发挥关键作用。

没有₂由高温燃烧过程产生;其主要排放源是化石燃料燃烧、工业过程，但也有天然生物质燃烧和闪电。利用差分光学吸收光谱(DOAS)进行遥感测量是观测大气中包括NO在内的关键微量物质的一种方法₂阿,_3.、HCHO、CHOCHO和水蒸气。

随着柔性多轴(MAX-DOAS)仪器的发展，可以获取痕量物种的垂直分布信息。通过将仪器指向不同的方位角，可以评估测量位置周围的水平变化。

图1:IMPACT成像MAX-DOAS仪器

MAX-DOAS仪器基本上是紫外/可见光谱仪，观测天空中不同观测方向的散射阳光。在IUP-Bremen开发的新型大气观测成像成像仪(IMPACT)中，使用配备冷却2-D CCD探测器的光栅光谱仪来测量可见光(425-490 nm)。

光由一个独立的望远镜单元收集，该望远镜单元通过分离的石英纤维束连接到光谱仪上。光谱仪是温度稳定的，以避免波长漂移。石英纤维束有效地去极化入射光，还提供了仪器设置的灵活性。望远镜单元安装在一个商用的平底倾斜头上，使我们能够将望远镜指向几乎所有方向(见图1)。

望远镜的光学系统被设计成同时测量一个仰角范围(高于地平线)，因此CCD上的二维图像在每个时刻都包含多个仰角的光谱信息。

因此，这种设置允许在大约30分钟内进行完整的半球光谱测量，因为只需要改变方位角方向(与传统的MAX-DOAS仪器相反，它一次只测量一个仰角)。

图2:IMPACT成像MAX-DOAS仪器。光谱仪是温度稳定的，位于粉红色的盒子里。

为了获得非常好的信噪比和良好的光谱分辨率，结合了白花酢浆草SR 303i-A光谱仪和背光光谱仪牛顿选用DU940P-BU CCD探测器(图2)。

2016年9月，IMPACT参加了在荷兰举行的国际相互比较活动cini -2，其中部署了30多台MAX-DOAS类型仪器，以进一步协调和改进MAX-DOAS技术(http://www.tropomi.eu/data-products/cindi-2）.

与最先进的传统MAX-DOAS仪器相比，IMPACT的表现非常好，因为传统仪器应用了全垂直分岔，以获得最佳的信号噪声。该仪器能够每30分钟捕获一次NO2柱的全半球快照(见图3)。

图3:cini -2活动期间平均NO2柱的半球视图和仪器视场的全景视图。

这些结果表明IMPACT能够局部捕捉到NO的水平和垂直变化₂以前所未有的时间分辨率。例如，2017年夏天，该仪器被部署在科考船Kommandor Iona上，在阿拉伯半岛周围进行研究巡航，以测量中东的污染。

由于仪器的成像设置允许同时测量所有仰角，记录NO的垂直横截面所需的时间₂列大大减少，允许每个方向每两分钟一个数据点。当船在移动时，它可以识别非常局部的、孤立的污染源，如阿拉伯湾的石油钻井平台。

参考文献

• 贝伦斯，L. K.等(2018)。亚喀巴战役期间DOAS NO2测量成像。在奥地利维也纳的EGU大会上展示的海报。
• 奥斯坦多夫，M.(2017)。IMPACT -一种新型地基成像DOAS仪器:开发、参与cini -2活动和首次数据分析(硕士论文)。不莱梅大学，德国不莱梅。从检索http://www.iup.uni-bremen.de/lamos/download/theses/2017_MSc_Ostendorf.pdf