目前,温室效应已经成为全球性的环境问题,引起世界各国的普遍关注。二氧化碳是造成地球气候变化最重要的人类温室气体。尽管它的作用巨大,人们对CO2 自然和人为源(或汇)的认知仍存在很大空白。部分原因在于人们很难评估具有高空间和时间变化率的自然和人类大气源排放。此外,CO2 在大气中混合较为均匀,浓度差别较小,如CO2 南北半球近地层大气CO2 含量的最大差异只有10ppm 左右。准确的掌握温室气体CO2 的浓度及排放量一直是一个挑战。因此,迫切需要一种能精确测量CO2 垂直柱浓度变化的技术手段。差分光学吸收光谱技术(Differential Optical Absorption Spectroscopy,DOAS)由于其独特的光谱分析方法,非常适合于高精度痕量气体分析。发展至今天,该技术已成功测量了从ppb 至百分比范围内的10 多种气体,仪器结构千差万别,测量种类也从原始的单组分扩展到了几组分,广泛应用于燃烧、污染、医疗、汽车,化学、冶炼及其它领域。然而国内外文献中报道的DOAS 技术工作波段主要集中在紫外可见波段(200nm～760nm),对在此波段具有较强吸收的SO2、NO2、HONO、苯系物、O3 等具有较高测量精度。而对在此波段没有吸收或仅有弱吸收的CO2、H2O、CH4、CO 等气体,常规DOAS 技术则无能为力。在近红外波段,气体吸收截面具有很强的温度、压强依赖特性,并且随波长变化而变化。因此,适用于紫外可见波段的常规差分吸收光谱算法在该波段的反演会引入较大误差。本文采用加权函数修正差分吸收光谱技术(Weighting Function Modified Differential OpticalAbsorption Spectroscopy,WFM-DOAS)测量环境大气中的CO2 垂直柱浓度。对WFM-DOAS 的算法原理进行了详细推导,以直射太阳光测量光谱为例,论证了WFM-DOAS 的实现过程。将大气层分为50层,借助SCIATRAN 软件对各个测量光谱进行了模拟,获得了最小二乘法拟合所需的各种气体的权重函数和太阳归一化辐射常量。采用WFM-DOAS 方法对一整天的直射太阳光测量光谱进行了反演,得到的拟合误差均小于3％。下一步工作着重于改善实验条件、制作工艺、数据采集技术等因素,进一步优化实验结果,提高光谱反演时间和反演精度。