【儀表網 儀表研發】臭氧是大氣中重要的微量成分，雖然含量較低，但在近地面對流層大氣化學中是光化學反應的主要參與者，是光化學煙霧的重要前體物和參與物。近期，安光所環境光學中心張天舒課題組自主研發的差分吸收臭氧激光雷達在校準實驗中，基本上完成了溯源至臭氧標準量值的實驗任務。
 

　　位于平流層與對流層的臭氧對地球環境有著不同的影響，紫外輻射在平流層高空被臭氧吸收，對大氣有增溫作用，保護地球上的生物降低受遠紫外輻射的傷害。而在近地面對流層，強光照、高溫低濕、逆溫等條件下，大氣臭氧會與氮氧化合物、揮發性有機物等多種污染物相互作用發生復雜的光化學反應，導致大氣細粒子濃度增加、空氣能見度降低、地面臭氧濃度升高、大氣氧化性增強，形成嚴重大氣光化學污染過程。長期累積不僅會危害人體心肺肝腎腦等多系統健康，還會損傷和破壞生態系統平衡、材料和建筑物安全，嚴重影響人民的生產和生活。因此對對流層臭氧濃度測量方法的研究，尤其是區域性臭氧濃度時空分布的監測研究一直都是監測和研究的熱點問題。
 

　　近年來，差分吸收臭氧激光雷達監測技術發展迅猛，在區域臭氧污染成因分析方面應用廣泛。臭氧激光雷達基于差分吸收原理，利用臭氧的吸收特性測量氣體的濃度分布,具有時空分辨率高、快速實時、可連續探測等優勢，成為大氣臭氧分布探測的重要手段。目前以激光雷達等為代表的開放光路大氣監測技術在開放式環境下很難對設備進行精確溯源，監測數據的準確性、可比性和計量溯源性有待進一步確認和提升。為研究大氣探測臭氧激光雷達量值溯源方法，確保臭氧激光雷達監測數據與其它原理點式臭氧監測設備的量值統一，保障臭氧激光雷達臭氧濃度等關鍵計量參數能夠溯源至生態環境部門臭氧最高計量標準，安光所與中國環境監測總站計量中心合作在合肥科學島開展了差分吸收臭氧激光雷達校準實驗，通過搭建地基校準系統(如圖1)，在激光雷達發射接收光路水平路徑上距激光雷達300米、600米和900米距離處分別放置臭氧濃度分析儀，使用臭氧濃度分析儀測量的臭氧濃度作為標準值校準激光雷達臭氧濃度，開展不同距離處臭氧激光雷達濃度與點式臭氧分析儀結果對比，將激光雷達測量的臭氧濃度量值溯源至監測總站建立的生態環境部門臭氧最高計量標準，溯源框架圖如圖2所示。試驗結果顯示(如圖3)：差分吸收臭氧激光雷達測量結果與點式臭氧分析儀具有很好的一致性，能夠較為準確的溯源至臭氧標準量值，并可通過校準曲線對其測量結果進行進一步修正，提升其測量結果的準確性。
 

　　本次對差分吸收臭氧激光雷達的校準實驗，證明了激光雷達等開放光路大氣監測儀器，除了校準其光學特性，也可以用化學濃度校準的方法進行精度溯源，提高監測數據的準確性和可比性。
 

圖1 大氣臭氧激光雷達校準示意圖
 

圖2 大氣臭氧探測激光雷達量值溯源體系框架
 

圖3 臭氧激光雷達濃度校準結果(8小時滑動均值)
 

圖4 差分吸收臭氧激光雷達