对流层大气当中各类光化学反应,是臭氧、二次污染物生成的重要驱动因素,NO2、气态亚硝酸、硝酸、甲醛等物质的光解速率常数,是判断光化学反应活跃程度的重要参数。想要理解区域臭氧污染形成过程,就需要获取真实大气条件下的光化学组分相关光解速率数据,光化学组分监测网就是用来完成这类观测任务的集成系统。
这套
光化学组分监测网设备主要由光学探头、光谱仪单元以及配套软件计算模块共同组成,设备探头采用Spectralon光学材料加工而成,具备180度视场角,能够收集各个方向的太阳直射与散射辐射,采集200‑1100nm波段范围内的太阳光光谱信息,采集到的光信号通过光纤传输到搭载线性CCD阵列探测器的光谱仪当中,完成光谱数据采集。计算机端搭载专门开发的软件系统,运行内置的算法模型,把采集得到的太阳光谱通量,结合不同物质的吸收截面与量子产率参数,自动计算得到各类目标物质的光解速率常数,包含J(NO2)、J(HONO)、J(HONO2)、J(HCHO)、J(H2O2)以及J(O1D)等关键参数,为光化学研究提供原始观测结果。
仪器在硬件层面做了相应设计,光谱仪积分时间低可以设置至3.8ms,以此避免探测器出现信号饱和,保障强光条件下光谱采集质量;设备光学分辨率维持在0.4‑0.5nm,控制杂散光水平,减少杂散光对光谱信号带来的干扰。观测的时间分辨率可以由使用者自定义,最小能够实现1秒输出一组观测结果,能够捕捉白天太阳辐射快速变化过程当中,光解速率的动态改变。整套系统集成度较高,日常维护工作量不大,适合在野外环境监测站点长期连续运行,设备可以在‑15℃至60℃环境温度、0‑99.99%相对湿度条件下开展工作,适配国内不同地域站点的环境条件。
在现场安装时,光化学组分监测网的光学探头,需要安置在没有建筑物、树木遮挡的开阔位置,保障全天完整接收太阳辐射。日常运维工作当中,需要定期检查探头外表面,清除灰尘、雨水残留、积尘,灰尘覆盖会改变入射光谱,造成光解速率计算结果出现偏差。同时需要留意光纤连接状态,避免光纤弯折受损,保障光信号稳定传输。获取到的光化学组分观测数据,可以和各类气态污染物浓度做联合分析,帮助科研人员解析臭氧生成的控制条件,支撑区域光化学污染相关研究工作开展。