北京及周边地区对流层NO2的地基MAX-DOAS遥感观测研究

多轴差分吸收光谱(Multi-Axis Differential Optical Absorption Spectroscopy，简称MAX-DOAS)，是一种新的被动式DOAS遥感技术，它是通过从不同视角测量散射的太阳光来反演痕量气体的空间分布。本项目拟在北京及其周边地区建立大气成分地基MAX-DOAS遥感观测系统，反演超大城市、乡村污染地区和区域背景地区上空对流层NO2柱浓度和垂直分布，并通过地基遥感观测结果与卫星产品的对比，评估卫星观测资料的可靠程度；项目将综合地基遥感观测、卫星资料和大气化学模式模拟各种手段，研究北京及其周边地区NO2的时空分布特征，以及光化学和输送过程对NO2区域分布的影响。项目研究有助于推动我国大气成分地基遥感观测网的建立，加快大气成分卫星遥感产品在我国的应用；项目研究也有益于进一步揭示我国典型地区区域光化学污染的形成机制，为有关部门制定污染控制对策提供科学依据

本项目在北京城区的中国气象局培训中心楼顶、河北固城农业生态气象站和北京远郊的上甸子区域大气本底站三个站点，建立了Mini MAX-DOAS地基遥感观测系统，同时在这三个站点进行了为期一年的观测。获得了北京及周边地区三个站点不同季节白天的光谱数据，利用这些光谱数据研究反演了对流层NO2柱浓度。. 观测结果显示，自2008至2011年期间，北京城区对流层NO2的柱浓度的夏季日平均值变化范围为0.5至13.3，平均为3.6,冬季日平均值变化范围为0.2至16.8，平均为5.8（单位均为1016 molecules cm-2）。研究发现，由于不同季节污染源排放和NO2大气寿命的不同，北京城区对流层NO2的柱浓度日变化形式的季节差异较大，不同季节之间NO2柱浓度的差异最大值出现在下午。与奥运期间相比，2009至2011年8月份期间北京城区对流层NO2柱浓度的明显偏高，揭示出后奥林匹克效应的存在。. 利用MAX-DOAS地基遥感观测结果，对SCIAMACHY和OMI卫星观测产品进行了评估，发现卫星遥感低估了北京城区对流层NO2的柱浓度。由MAX-DOAS得到的对流层NO2柱浓度月平均值均一般是SCIAMACHY结果的1.2-1.9倍，是OMI结果的1.1-1.5倍。除了网格平滑效应，气溶胶的屏蔽效应也是造成卫星遥感观测值偏低的原因。