曲 藝

（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130033）

大氣光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

曲 藝

（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春130033）

針對(duì)開(kāi)展環(huán)境空氣中的痕量污染氣體監(jiān)測(cè)研究的需求，綜述了目前應(yīng)用較廣的光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。闡述了利用光學(xué)遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境的工作原理，詳細(xì)介紹了幾種主流的大氣監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括傅里葉變換紅外光譜技術(shù)，差分吸收光譜技術(shù)，激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)，可調(diào)諧激光二極管吸收光譜技術(shù)，差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)，指出了上述監(jiān)測(cè)方法的特點(diǎn)并對(duì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析與比較。

光學(xué)遙感；光譜遙感；大氣監(jiān)測(cè)；光譜技術(shù)

1 引 言

從上世紀(jì)開(kāi)始，大氣環(huán)境污染問(wèn)題逐漸引起各國(guó)的關(guān)注，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提升［1］。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的概念和方法不斷深化，監(jiān)測(cè)氣體的種類(lèi)與范圍不斷擴(kuò)大。早期的環(huán)境監(jiān)測(cè)是以化學(xué)分析為主，依靠物質(zhì)間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)定對(duì)象間斷的、定時(shí)、定點(diǎn)局部的分析，但該技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)日益增長(zhǎng)的及時(shí)、準(zhǔn)確、全面大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)需求［2］。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，新的儀器設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制等手段在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)從單一的依靠傳感器進(jìn)行分析，發(fā)展到化學(xué)監(jiān)測(cè)、物理監(jiān)測(cè)、生物檢測(cè)、遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段。監(jiān)測(cè)范圍從一個(gè)點(diǎn)發(fā)展到一個(gè)區(qū)域，大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的氣體種類(lèi)也日益增多，一個(gè)以大氣環(huán)境分析為基礎(chǔ)，以物理測(cè)定為主導(dǎo)，以生物監(jiān)測(cè)為補(bǔ)充的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)體系己初步形成［3-4］。

隨著工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的廢氣、灰塵不斷地排入大氣層，大氣環(huán)境污染不斷惡化。傳統(tǒng)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)己經(jīng)不能滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)的需要。由于大氣中痕量氣體的種類(lèi)繁多、分布范圍廣，而且痕量氣體之間還存在復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使得對(duì)大氣中的痕量氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有挑戰(zhàn)性。光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的商用儀器始于上世紀(jì)80年代中期。光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有安全、快速、準(zhǔn)確、無(wú)污染、可遠(yuǎn)距離探測(cè)、監(jiān)測(cè)范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)［5］，已經(jīng)成為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段。目前光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括：傅里葉變換紅外光譜技術(shù)，差分吸收光譜技術(shù)，激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)，可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)，差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)。本文對(duì)這幾種方法的工作原理、技術(shù)上的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析與比較。

2 光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)工作原理

光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是基于電磁輻射與物質(zhì)間的相互作用。根據(jù)大氣中痕量氣體在紫外、可見(jiàn)和紅外波段的吸收來(lái)反演氣體濃度。測(cè)量的原理基于Beer-Lambert定律。

式中：λ為工作波長(zhǎng)，I0（λ）為光源發(fā)出光的強(qiáng)度，I（λ）為透過(guò)光經(jīng)過(guò)大氣吸收后的強(qiáng)度，A（λ）為氣體的吸收率，L為吸收長(zhǎng)度，C為氣體的濃度，σ（λ）為氣體的吸收系數(shù)。從公式中可以看出，氣體吸收率A（λ）正比于吸收長(zhǎng)度、氣體濃度。不同氣體分子具有不同的特征吸收系數(shù)，而且隨溫度和壓力會(huì)發(fā)生變化。

大氣紅外光譜區(qū)的吸收主要是二氧化碳、水蒸汽分子、甲烷、一氧化二氮和臭氧等，紅外光譜區(qū)包括了幾乎所有重要的大氣氣體分子吸收帶，也被稱(chēng)為指紋區(qū)間，具有非常豐富的分子吸收特性，對(duì)于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)十分有利。大氣紫外光譜區(qū)的吸收主要是臭氧和氧。同時(shí)氣溶膠、大氣溫度、水汽含量的變化對(duì)大氣監(jiān)測(cè)產(chǎn)生明顯的影響。

3 光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

圖1 FTIR結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural diagram of FTIR

3.1 傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR）［6-8］

傅里葉變換紅外光譜技術(shù)工作原理為：紅外光經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)后，變成平行光出射，經(jīng)過(guò)大氣氣體分子吸收后，被探測(cè)系統(tǒng)接收，經(jīng)干涉儀后會(huì)聚到探測(cè)器。干涉儀系統(tǒng)是FTIR的核心，這里以邁克耳遜干涉儀為例。探測(cè)系統(tǒng)接收的光束經(jīng)分束片后，射向垂直的兩面反射鏡，一面反射鏡在驅(qū)動(dòng)裝置的控制下前后移動(dòng)，使兩束光產(chǎn)生相位差，相位差大小與氣體分子的吸收特性相關(guān)，兩束光干涉產(chǎn)生信號(hào)幅度變化，由探測(cè)器接收。經(jīng)傅里葉變換后，可以得到吸收氣體的光譜信息。FTIR基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

FTIR不需要光譜掃描，通過(guò)一次測(cè)量可以獲得2～15μm的數(shù)據(jù)，可同時(shí)監(jiān)測(cè)紅外波段的多種大氣分子。早期FTIR系統(tǒng)的光譜分辨率高，但體積較為龐大。為實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量，目前多采用低分辨率的光譜儀，不過(guò)降低分辨率使儀器的靈敏度也有所下降。劍橋大學(xué)的一個(gè)項(xiàng)目組，利用FTIR測(cè)量了火山煙羽，探測(cè)到火山煙羽主要成分包括水蒸汽、二氧化碳、二氧化硫、氯化氫、硫化氫等，所用儀器的光譜分辨率為0.5 cm-1，1 s可得到500～6 000 cm-1的光譜。通過(guò)多幅數(shù)據(jù)累加的方法來(lái)提高信噪比，最小可探測(cè)極限達(dá)到幾個(gè)10-9。

FTIR的優(yōu)點(diǎn)在于：不需要光譜掃描，一次可對(duì)整個(gè)紅外波段進(jìn)行測(cè)量；沒(méi)有分光元件，光強(qiáng)利用效率高；可同時(shí)對(duì)多種氣體進(jìn)行測(cè)量。FTIR的主要缺點(diǎn)是：靈敏度低、傅里葉變換計(jì)算耗時(shí)、探測(cè)系統(tǒng)需要冷卻；設(shè)備體積龐大，價(jià)格昂貴。

3.2 差分吸收光譜技術(shù)（Differential Optical Absorption Spectroscopy，DOAS）［9-13］

DOAS用于在光源和接收器之間的長(zhǎng)光程測(cè)量。光源發(fā)出的光束由于大氣分子作用而衰減，可以用公式（3）描述：

對(duì)于實(shí)際大氣開(kāi)路測(cè)量，還需考慮其他因素引起的光衰減，包括瑞利散射和米氏散射。散射光不能被接收，通常散射作為吸收中的一部分。瑞利散射主要是由于空氣分子與探測(cè)光的尺寸接近而發(fā)生的散射，散射截面σR與入射波長(zhǎng)的四次方成反比，見(jiàn)式（4）：

瑞利散射系數(shù)用式（5）表示：

式中，Nair是空氣分子密度，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，Nair= 2.4×1019cm-3。

米氏散射是指大氣中粉塵對(duì)光的散射，散射顆粒的尺寸要遠(yuǎn)大于光波，米氏散射系數(shù)用式（6）表示：

將各類(lèi)散射衰減和吸收都考慮后，透射光可寫(xiě)為：

式中，σi（λ）和Ci分別是第i種氣體的吸收截面和分子數(shù)密度。

在開(kāi)路測(cè)量過(guò)程中，僅由光源發(fā)出的光強(qiáng)和探測(cè)器接收到的光強(qiáng)來(lái)確定探測(cè)氣體的濃度是非常困難的，有效的解決辦法是差分吸收技術(shù)。由分子吸收而引起的衰減為總吸收的一部分，是探測(cè)光在分子特征吸收線(xiàn)位置的吸收，強(qiáng)度隨光波長(zhǎng)變化而迅速變化。如圖2所示，把新強(qiáng)度I′0（等于窄吸收峰兩邊的值）引入后，初始光強(qiáng)I′0已不重要。計(jì)算時(shí)，引進(jìn)一個(gè)物理量，微分光密度，定義如下：

如果已知吸收氣體的吸收截面σ′i（λ），可推導(dǎo)氣體分子濃度Ci。在實(shí)際應(yīng)用中，由于光譜儀的分辨率是有限的，將給探測(cè)帶來(lái)誤差，探測(cè)D′時(shí)必須考慮這一點(diǎn)。

圖2 探測(cè)光強(qiáng)隨波長(zhǎng)變化關(guān)系圖Fig.2 Variation relation of detection light intensity with wavelength

由于計(jì)算中忽略了被測(cè)氣體中包含的連續(xù)吸收譜氣體，因此該項(xiàng)技術(shù)所能探測(cè)的氣體種類(lèi)是有限的。

DOAS原理見(jiàn)圖3，采用高發(fā)光強(qiáng)度的紫外-可見(jiàn)光源，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直系統(tǒng)后以平行光出射，經(jīng)過(guò)大氣長(zhǎng)光程吸收后，由望遠(yuǎn)系統(tǒng)接收。光信號(hào)經(jīng)光纖耦合進(jìn)入分光系統(tǒng)，從而得到紫外-可見(jiàn)的吸收光譜。對(duì)于獲得的光譜數(shù)據(jù)，通過(guò)進(jìn)行高階多項(xiàng)式擬合或光譜平滑處理，得到光譜基線(xiàn)I′0。吸收光譜除以光譜基線(xiàn)，則獲得大氣氣體分子的特征差分光譜，將差分光譜與實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)濃度的參考光譜作比較，則可以計(jì)算出探測(cè)氣體的濃度。

圖3 DOAS原理圖Fig.3 Schematic diagram of DOAS

為降低大氣湍流對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響，DOAS采用快速掃描結(jié)構(gòu)，在短時(shí)間內(nèi)采集和平均多條吸收光譜數(shù)據(jù)，從而獲得高信噪比。

3.3 激光長(zhǎng)程吸收（Laser Long Path Absorption，LLPA）［14-17］

激光具有高強(qiáng)度、高單色性以及發(fā)散角小等優(yōu)點(diǎn)，使其成為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的理想工具。激光長(zhǎng)程測(cè)量有兩種工作方式，一種方式是利用大氣后向散射，反演得到氣體分布；第二種方式是利用反射元件，探測(cè)其反射回來(lái)的光強(qiáng)，獲得探測(cè)氣體濃度，稱(chēng)為激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)。激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)原理見(jiàn)圖4，光源發(fā)出的激光束進(jìn)入大氣，激光經(jīng)過(guò)大氣分子吸收和散射后，經(jīng)反射器件反射回來(lái)，被望遠(yuǎn)系統(tǒng)接收。探測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度與許多因素有關(guān)，如發(fā)射激光強(qiáng)度、探測(cè)氣體濃度、工作距離、望遠(yuǎn)系統(tǒng)的接收口徑、反射器件的反射率等。它們都會(huì)對(duì)反射信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生影響，從而影響系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度。

圖4 激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)原理圖Fig.4 Schematic diagram of long-range laser absorption technology

激光光源需要發(fā)射兩個(gè)波長(zhǎng)，一個(gè)波長(zhǎng)位于氣體分子的特征吸收峰（λon）處，另一波長(zhǎng)需要偏離吸收峰，使待測(cè)氣體對(duì)該波長(zhǎng)基本沒(méi)有吸收（λoff），忽略?xún)蓚€(gè)波長(zhǎng)間的系統(tǒng)誤差，根據(jù)Beer-Lambert定律：

通過(guò)氣體分子的吸收系數(shù)，就可以計(jì)算出其濃度：

由于激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)可進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙感測(cè)量，因此對(duì)于空氣中的有毒氣體，都可以采用激光長(zhǎng)程技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，保證工作人員的安全，這是激光長(zhǎng)程吸收技術(shù)一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。

3.4 可調(diào)諧激光二極管吸收光譜技術(shù)（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS）［18-20］

可調(diào)諧二極管激光器（TDLs）可以實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)的連續(xù)輸出，將其應(yīng)用在中紅外區(qū)（2～15μm）進(jìn)行激光長(zhǎng)程測(cè)量，稱(chēng)為可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）。TDLs通過(guò)控制其化學(xué)組份、溫度和電流，能夠?qū)崿F(xiàn)一定波長(zhǎng)范圍的輸出，雖然TDLs的輸出功率偏低，但隨著探測(cè)器工藝的不斷改進(jìn)，光電探測(cè)器件能夠探測(cè)到納瓦甚至皮瓦級(jí)的信號(hào)。目前，TDLAS技術(shù)的主要缺點(diǎn)就是TDLs的波長(zhǎng)范圍小，這極大限制了可探測(cè)的氣體種類(lèi)?？捎糜赥DLAS技術(shù)的光源主要包括以下幾類(lèi)激光器：鉛鹽激光器，工作于2～20μm，能測(cè)量到10-12量級(jí)；Ⅲ～Ⅴ族化合物激光器，工作波長(zhǎng)為0.78～1.6μm，可實(shí)現(xiàn)近紅外與中紅外波段的大氣監(jiān)測(cè)；分布反饋二極管激光器，其單模連續(xù)輸出在室溫可大于100 mW。美國(guó)Monitor公司在1998年夏天公開(kāi)了第一臺(tái)激光氣體遙測(cè)系統(tǒng)，利用工作波長(zhǎng)為1 550 nm的In-GaAsP激光器來(lái)探測(cè)大氣中的氨濃度。惰性氣體激光器如工作波長(zhǎng)在3.39μm的He-Ne激光器，可用來(lái)測(cè)量空氣中的甲烷氣體。

TDLAS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其響應(yīng)快、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)高靈敏的監(jiān)測(cè)。同時(shí)采用二極管激光器價(jià)格便宜，可極大降低探測(cè)系統(tǒng)的尺寸與成本。中紅外區(qū)間對(duì)于大氣測(cè)量來(lái)說(shuō)是一個(gè)豐富的波長(zhǎng)區(qū)間，幾乎所有常見(jiàn)氣體在這個(gè)區(qū)間都具有強(qiáng)的特征吸收，為實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，要求探測(cè)系統(tǒng)具有高光譜分辨率和高靈敏度。TDLs在有限的波長(zhǎng)區(qū)間通過(guò)精密控制，可以輸出很窄的線(xiàn)寬，因此在高分辨率測(cè)量上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。TDLAS技術(shù)不足之處在于激光器的波長(zhǎng)范圍和探測(cè)器，限制了其使用范圍及探測(cè)氣體的種類(lèi)。

3.5 差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)（Differential Absorption Lidar，DIAL）［21-23］

激光雷達(dá)（lidar）是幾個(gè)英文單詞的首字母縮寫(xiě)：light detection and ranging。DIAL的工作原理如圖5所示。

圖5 DIAL測(cè)量原理圖Fig.5 Schematic diagram of DIALmeasurement

DIAL使用脈沖激光作為光源，發(fā)射光強(qiáng)經(jīng)過(guò)大氣分子吸收并散射后，被望遠(yuǎn)系統(tǒng)接收。探測(cè)光強(qiáng)以時(shí)間函數(shù)的形式被探測(cè)器接收，這種工作方式與雷達(dá)的模式相近似。根據(jù)探測(cè)光強(qiáng)可反演大氣中氣體分子與散射物的種類(lèi)、濃度、距離等信息。

當(dāng)工作波長(zhǎng)為λ，探測(cè)距離為R時(shí)，系統(tǒng)接收到的光功率用式（11）表示：

式中，P0（λ）是工作波長(zhǎng)在λ，t0時(shí)刻激光發(fā)射的功率，ε（R，λ）是探測(cè)器的信號(hào)探測(cè)效率，A是望遠(yuǎn)鏡面積，c是光速，τ是激光脈沖時(shí)間長(zhǎng)度，nb（R）是背散射系數(shù)為δb（R，λ）的散射物粒子數(shù)密度，cτ/2是接收雷達(dá)返回信號(hào)的面積，它決定了探測(cè)系統(tǒng)的空間分辨率。指數(shù)因子反映了能量的吸收、衰減與后向散射，大氣中吸收分子粒子數(shù)密度為N（λ），吸收截面為σ（λ），散射微粒衰減系數(shù)為kext（r）。在能見(jiàn)度好的條件下，DIAL技術(shù)可探測(cè)距離是幾千米。

在高層大氣中，空氣中的顆粒物非常少，因此瑞利散射（正比于λ-4）起主要作用；而在對(duì)流層，空氣中的顆粒物較多，因此米氏散射起主要作用。米氏散射取決于粒子大小分布，并隨著波長(zhǎng)增加而減小，近似于1/λ2的關(guān)系。背散射系數(shù)δb的值在分子拉曼散射（10-12m-1sr-1）和大微粒的米氏散射（10-3m-1sr-1）之間變化。

與氣體分子的特征吸收相比，散射系數(shù)kext與工作波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，污染氣體的信息可以通過(guò)分子吸收截面和波長(zhǎng)的關(guān)系計(jì)算出來(lái)。由于激光束的偏振態(tài)包含了其他相關(guān)的信息，如來(lái)自理想球形微粒的背散射保持原來(lái)的偏振態(tài)，而非球形微粒的反射是部分偏振狀態(tài)。因此通過(guò)測(cè)量激光雷達(dá)的返回信號(hào)的偏振態(tài)，可以區(qū)分大氣中不同類(lèi)型的散射微粒，例如區(qū)分對(duì)流層中由水滴構(gòu)成的低云層和由冰針構(gòu)成高云層。

隨著技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)具有多種不同類(lèi)型。包括差分吸收激光雷達(dá)、拉曼散射激光雷達(dá)、地面目標(biāo)激光雷達(dá)、米氏散射激光雷達(dá)、熒光輻射激光雷達(dá)等。但DIAL是目前最常用的大氣遙感檢測(cè)系統(tǒng)。

利用DIAL測(cè)量工業(yè)排放氣中的污染物的過(guò)程如下，發(fā)射兩束空間位置相同的激光，λon= λabs，λoff=λref進(jìn)入大氣，背散射信號(hào)被望遠(yuǎn)系統(tǒng)接收。λon是污染氣體的吸收峰波長(zhǎng)，λoff是吸收峰旁的波長(zhǎng)。工作的兩束脈沖來(lái)自同一個(gè)激光器或來(lái)自?xún)蓚€(gè)相同且同時(shí)發(fā)射的激光。根據(jù)探測(cè)返回的背散射信號(hào)，可明顯看出能量具有1/R2衰減，污染氣體的濃度可以由式（12）表示。

對(duì)于很小的波長(zhǎng)差（λon-λoff），假定背散射系數(shù)δb和衰減系數(shù)kext（r）與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。那么探測(cè)的平均濃度Nav（R，R+ΔR）可由式（13）得到。

隨著探測(cè)距離的從近到遠(yuǎn)，光信號(hào)按對(duì)數(shù)關(guān)系衰減。除真正的煙氣信號(hào)外，背散射曲線(xiàn)還包含有煙氣中微粒的信號(hào)。后者的散射信號(hào)對(duì)于兩個(gè)波長(zhǎng)是一樣的，如果已知背散射系數(shù)δ（λon）和δ（λoff），則可算出濃度。如果已知?dú)怏w從煙囪出來(lái)的速度，甚至可求出每小時(shí)污染氣體的排放量。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用光學(xué)遙感技術(shù)對(duì)大氣環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在測(cè)量距離、測(cè)量速度、在線(xiàn)測(cè)量等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)（FTIR）具有速度快、不需要光譜掃描等優(yōu)點(diǎn)，適用于測(cè)量污染嚴(yán)重的空氣，但該技術(shù)對(duì)于干凈環(huán)境中痕量氣體測(cè)量的靈敏度不夠。差分吸收雷達(dá)技術(shù)（DIAL）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境的三維監(jiān)測(cè)，并且具有較高的光譜分辨率和靈敏度?？烧{(diào)諧激光二極管吸收光譜技術(shù)（TDLAS）的分辨率高于其他任何一種方法，它的主要局限性是受到光源波長(zhǎng)范圍的約束，使其可同時(shí)測(cè)量的氣體種類(lèi)較少。差分吸收光譜技術(shù)（DOAS）使用傳統(tǒng)的光源和光譜儀相結(jié)合的測(cè)量方式，可對(duì)多種污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。FTIR可同時(shí)探測(cè)的污染物種類(lèi)多于DOAS，但DOAS具有更高的靈敏度，而且價(jià)格便宜，更適合廣泛應(yīng)用。

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Technical status and development tendency of atmosphere optical remote and monitoring

QU Yi
（State Key Laboratory of Applied Optics，Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China）
*Corresponding author，E-mail：quyi@ciomp.ac.cn

In consideration of the requirements ofmonitoring and researching the harmful trace gases in the air，thewidely used spectral remote sensing technologies are reviewed.The principle of the atmosphere optical remote sensing and monitoring is introduced and several practicalmeasurementmethods such as Fourier transform infrared spectroscopy，differential optical absorption spectroscopy，laser long path absorption，tunable diode laser absorption spectroscopy and differential absorption lidar are described.Furthermore，the characteristics of thesemethods are given，then their advantageous and disadvantageous are analyzed via comparing the aspects among thesemethods.

optical remote sensing；spectral remote sensing；atmospheremonitoring；spectroscopy

P407.4；X831

A

10.3788/CO.20130606.0834

1674-2915（2013）06-0834-07

2013-09-19；

2013-11-17

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（No.41074126）

曲 藝（1978—），男，吉林長(zhǎng)春人，博士，副研究員，2006年于吉林大學(xué)獲得博士學(xué)位，主要從事光學(xué)儀器設(shè)計(jì)、空間紫外遙感等方面的研究。E-mail：quyi@ciomp.ac.cn