CO2在1.572μm处精细吸收谱研究

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近几十年来,人类活动导致了大气中温室气体和污染气体浓度的急剧增加,而温室气体,特别是CO2的大量增加,会对全球气候产生重要影响。在大气CO2浓度的多种探测方式中,由于主动式差分吸收激光雷达(Differential Absorption Lidar,DIAL)具有较高时空分辨和探测精度等特点,被国内外广泛应用于大气对流层中CO2浓度的精确测量。  DIAL反演大气CO2浓度时,反演的准确度和精度不仅与激光雷达系统的硬件有关,还与激光雷达反演算法中各参数的准确性有关。CO2的吸收截面是DIAL反演公式中一个重要的参数,该参数的准确性直接影响反演结果的精度。CO2吸收截面可以通过测量CO2吸收谱线谱线宽度和峰值获得,但是由于温度和压强的改变将直接影响吸收谱线结构。因此,精确测量CO2的吸收谱线,并研究温度和压强对其精细结构的影响,对于提高激光雷达的探测能力具有重要的意义。本论文主要做了以下几个方面的工作:  1、实验平台搭建:采用可调谐半导体激光器作为光源,构建了一套双光路差分实验系统。该实验系统可测量CO2在1.572μm处的精细吸收谱线,并能够便捷地调节CO2气体的温度和压强,实现精确测量不同状态下的CO2精细吸收谱。在该实验平台上进行了一系列实验参数优化试验,研究系统本底信号对CO2精细吸收谱测量的影响,使该实验系统的检测精度较高,重复性较好。  2、压强对吸收谱线的影响:在固定温度(287K,297K,311K,315K,324K)的条件下,通过通入纯CO2气体和空气来改变压强,当压强分别为13kPa、21kPa、11kPa、41kPa、51kPa、61kPa、71kPa、81kPa、91kPa、101 kPa时精确检测了CO2的一系列吸收谱线,并分别获得了两种实验过程不同压强下吸收谱线的半高宽和峰值数据。  3、温度对吸收谱线的影响:在压强不变(13kPa)的条件下,通过改变CO2气体的温度至287K,297K,311K,315K,324K时,分别测量其吸收谱线,并测量得到其半高宽和峰值数据。  4、参数拟合:利用在同一温度时测量得到的各种压强下的半高宽数据,拟合出了该温度条件时的自增宽系数和空气增宽系数;由不同温度条件下的增宽系数,拟合出温度相关系数。  测量得到的这些参数是对现有数据库的补充和完善,确保差分吸收CO2探测激光雷达的精确反演,从而提高其探测能力。
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