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伊兹密尔钻探院夜间活性含氮化合地球物理勘探

时间:2019-05-14 20:34来源:科学
近期,安光所谢品华研究员课题组在大气N2O5探测研究方面取得新进展。相关研究工作于9月12日网络在线发表在荷兰Elsevier集团出版的期刊Scienceof the total environment上。 近日,中国科学院

近期,安光所谢品华研究员课题组在大气N2O5探测研究方面取得新进展。相关研究工作于9月12日网络在线发表在荷兰Elsevier集团出版的期刊Science of the total environment上。

近日,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员谢品华课题组在大气N2O5探测研究方面取得进展。相关研究工作在线发表在Science of the total environment上。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所研究员谢品华课题组在NO3自由基探测研究方面取得新进展。相关研究工作于7月13日在线发表在荷兰Elsevier集团出版的期刊Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer上。

N2O5是对流层夜间化学反应的关键成分,夜间N2O5的水解反应作为NO3的间接损耗途径,可生成硝酸盐和ClNO2。硝酸盐的吸附作用在细粒子形成大颗粒气溶胶过程中占重要作用;而ClNO2则影响白天的大气氧化过程。鉴于N2O5在大气反应过程中的关键作用,准确测量它的浓度水平及变化规律对研究夜间大气化学具有重要意义。我国夜间大气环境的复杂性以及N2O5反应活性高等特点,给大气N2O5的快速、高灵敏探测提出了挑战。

N2O5是对流层夜间化学反应的关键成分,夜间N2O5的水解反应作为NO3的间接损耗途径,可生成硝酸盐和ClNO2。硝酸盐的吸附作用在细粒子形成大颗粒气溶胶过程中具有重要作用;ClNO2则影响白天的大气氧化过程。鉴于N2O5在大气反应过程中的关键作用,准确测量其浓度水平及变化规律对研究夜间大气化学具有重要意义。我国夜间大气环境的复杂性以及N2O5反应活性高等特点,对大气N2O5的快速、高灵敏探测提出了挑战。

NO3自由基是对流层夜间化学的关键物种,对于某些发性有机化合物、二甲基硫及烯烃等,夜间NO3的氧化能力甚至超过白天的OH自由基。除此之外,其对大气中氮氧化物NOx非光化学转化为HNO3及硝酸盐气溶胶的形成也起着关键作用。鉴于NO3自由基在大气反应过程中的关键作用,准确测量它的浓度水平及变化规律对研究夜间大气化学具有重要意义。由于NO3自由基反应活性较高、寿命短、浓度极低等特点,对其准确测量具有挑战性。

谢品华研究员课题组的胡仁志和李治艳等研究人员与北京大学一起探究了适用于我国大气环境的N2O5高反腔探测技术。课题组在前期研究的腔衰荡光谱技术基础上,研发了一套N2O5腔衰荡探测系统,并于2016年2月20日-3月4日在北京郊区与北京大学的N2O5腔增强吸收光谱系统开展了外场实验技术对比。比对结果显示:CRDS与CEAS两套探测系统呈现出较好的一致性;但是在某些特殊环境条件下,如重霾、高湿度(RH>60%)、高颗粒物(PM2.5>200μg/m3)环境,两套探测系统的测量结果存在一定差异,差异主要是因为N2O5在重霾条件下采样损耗、气溶胶、水汽干扰引起。本项研究指出,为减少在重霾或高湿度条件下由N2O5易碰撞损耗引起的测量误差,通过对进气流速控制、换膜频率、采样管改进可以提高测量准确性。

谢品华课题组与北京大学科研人员合作,探究适用于我国大气环境的N2O5高反腔探测技术。谢品华课题组在前期研究的腔衰荡光谱技术基础上,研发了一套N2O5腔衰荡探测系统,于2016年2月20日至3月4日在北京郊区与北京大学N2O5腔增强吸收光谱系统开展了外场实验技术对比。比对结果显示:CRDS与CEAS两套探测系统呈现出较好的一致性;但在某些特殊环境条件下,如重霾、高湿度、高颗粒物(PM2.5”200μg/m3)环境,两套探测系统的测量结果存在一定差异,原因在于N2O5在重霾条件下采样损耗、气溶胶、水汽干扰引起。研究指出,为减少在重霾或高湿度条件下由N2O5易碰撞损耗引起的测量误差,通过对进气流速控制、换膜频率、采样管改进可提高测量准确性。

课题组胡仁志和王丹等人以调制二极管激光器为光源,结合高反腔研制了大气NO3自由基腔衰荡光谱探测系统。针对中国大气环境设计了采样系统和损耗标定系统,降低采样过程中NO3自由基的损耗并对其准确标定,实现20km吸收光程,探测限为3.2ppt@10s,满足大气环境测量的要求。2014年秋冬季采用该系统开展北京夜间NO3自由基观测(HOPE-J3A综合外场实验),研究了NO3变化规律,并结合大气中NO、NO2、O3等浓度信息,初步分析了北京郊区夜间NO3自由基的损耗机制。研制的大气NO3自由基腔衰荡光谱探测系统可以应用于大气环境以及烟雾箱实验。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中国院灰霾先导专项、科技部大气专项等项目的资助。

该研究工作得到了国家自然科学基金、中科院灰霾先导专项、科技部大气专项等的资助。

该研究工作得到了中国科学院战略性先导科技专项等项目的资助。

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CRDS和CEAS测量N2O5对比结果;

CRDS和CEAS测量N2O5对比结果;2016年2月29日晚至3月1日晚CRDS和CEAS测量结果对比;不同相对湿度下,CRDS和CEAS测量相关性分析,不同颜色代表不同的相对湿度;不同PM2.5条件下,CRDS和CEAS测量相关性分析,不同颜色代表不同的PM2.5。

NO3腔衰荡探测系统;激光波长优化;进气损耗标定;冬季HOPE-J3A综合外场测量

2016年2月29日晚-3月1日晚CRDS和CEAS测量结果对比;

不同相对湿度下,CRDS和CEAS测量相关性分析,不同颜色代表不同的相对湿度;

不同PM2.5条件下,CRDS和CEAS测量相关性分析,不同颜色代表不同的PM2.5

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