[发明专利]一种水分子吸收光谱获取方法

说明书

一种水分子吸收光谱获取方法，该方法包括：步骤1)、参数设置；步骤2)、读入水分子的吸收谱线数据集；步骤3)、计算第i条水分子吸收谱线对应的参数；步骤4)、通过数值近似的方法计算各条水分子吸收谱线的Voigt线型；步骤5)、计算水分子在预设的v₀与v₁之间的吸收光谱。该方法在无需使用很高分辨率的光谱仪的情况下可以有效地获得水分子吸收光谱，从而可以为腔增强吸收光谱技术提供标准的水分子吸收光谱。同时，该方法能有效地计算当环境条件(温度、气压、水汽浓度)等改变时，水分子吸收谱线的线宽、强度等的相关变化，故能广泛地用于较宽的环境参数变化区间内的标准水分子吸收截面的反演计算。

技术领域

本申请涉及环境监测领域，尤其涉及一种水分子吸收光谱获取方法。

背景技术

在环境监测领域中，水分子吸收光谱对水分子的浓度反演至关重要。然而，由于水分子的吸收谱线间距较大，重叠少，其吸收截面随波长的变化非常快，因此要通过实验室测量水分子的完整的吸收光谱，需要使用分辨率极高的光谱仪，从技术上来说实现较为困难。而且，由于环境温湿度、压力(如开展垂直廓线观测时，气压随高度快速变化)变化范围大，要在实验室测定水分子的标准吸收光谱，往往需要在很多个不同的温度、压力的组合下完成，工作量大。

发明内容

本申请实施例公开的一种水分子吸收光谱获取方法，该方法在无需使用很高分辨率的光谱仪的情况下可以有效地获得不同温湿度及压力条件下水分子的吸收光谱，从而可以为诸如腔增强吸收光谱等大气监测技术提供标准的水分子吸收光谱以用于水分子的浓度反演。

本申请实施例公开一种水分子光谱获取方法，包括：

步骤1)、参数设置：

其中，设置如下参数：

T：气体温度，以摄氏度为单位；

P：气体压力，以bar为单位；

v₀：需要计算的光谱波段的起始波数，以cm^-1为单位；

v₁：结束波数；

Δν：波数步长；

f：水分子在大气里的混合比例，即水的分压(partial pressure)与所述P 的比例；

ν'：Voigt线截断值；

步骤2)、读入水分子的吸收谱线数据集：

2.1)下载水分子的吸收谱线数据；

2.2)读取在v₀与v₁之间的所有水分子吸收谱线，构成一维数组v_c；

2.3)读取一维数组v_c中所有水分子吸收谱线，各条谱线分别有如下参数信息：

v_c[i]：第i条水分子吸收谱线的中心波数；

S[i]：第i条水分子吸收谱线在温度为296K时的吸收系数；

σ_air[i]：第i条水分子吸收谱线的空气分子对应的半峰半宽展宽；

σ_H2O[i]：第i条水分子吸收谱线的水分子对应的半峰半宽展宽；

E[i]：第i条水分子吸收谱线的对应的基态能级的能量；

n_air[i]：第i条水分子吸收谱线的空气分子半峰半宽展宽的温度校正指数；

2.4)读取水分子配分函数Q在参比温度296K处的值与在不同温度处的值的比例与温度的一一对应关系；