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Enregistrement W4411326785 · doi:10.5194/amt-18-2537-2025

On path length, beam divergence, and retroreflector array size in open-path FTIR spectroscopy

2025· article· en· W4411326785 sur OpenAlexafffundabout
Cameron E. N. Power, Aldona Wiacek

Notice bibliographique

RevueAtmospheric measurement techniques · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueSpectroscopy and Laser Applications
Établissements canadiensSaint Mary's University
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaCanadian Space Agency
Mots-clésRetroreflectorPath lengthFourier transform infrared spectroscopySpectroscopyOpticsPath (computing)PhysicsBeam (structure)LaserComputer scienceAstronomy

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract. Open-path Fourier transform infrared (OP-FTIR) spectroscopy is an established technique used to measure boundary layer trace gas concentrations, consisting (in this work) of a spectrometer with an active mid-IR source coupled to a single transmitting and receiving telescope, as well as a cube-corner retroreflector array separated from the spectrometer and telescope by an atmospheric path. The detection limit at first increases with increasing optical path length (OPL) in the atmosphere, which controls target gas spectral absorption depth; however, open-path beam divergence can lead to overfilling of the distant retroreflector array for separations greater than ∼ 150 m (OPL ∼ 300 m; the details depend on specifics of spectrometer and telescope optics, plus array size), resulting in decreased returning radiation at the detector. In this case, the absorption signature of the target gas increases, but the signal-to-noise ratio of the recorded spectrum decreases. We present the results of theoretical spectral simulations for formaldehyde (HCHO) that show how path length, interfering water concentration, and HCHO target concentration affect the expected differential absorption spectrum of the HCHO target at 1 ppb. HCHO serves as a proxy for any low-abundance trace gas with relatively weak absorption features, which makes it sensitive to changes in the performance and setup of the OP-FTIR system, as explored in this study. We demonstrate that optical path lengths >∼ 300 m are necessary for robust HCHO spectral signatures (at our typical random plus systematic noise levels). Next, we present the results of two field experiments where the retroreflector array area was increased to collect a larger fraction of returning radiation, at two-way path lengths ranging from 50 to 1300 m. We confirm that the larger retroreflector array resulted in a slower decrease in the signal as a function of optical path length. Finally, we perform retrievals of HCHO concentrations from spectra collected at the same field site and path length in Halifax Harbour during 2018 and 2021, with a smaller and a larger retroreflector array, respectively. We demonstrate that retrievals based on larger retroreflector array spectra exhibit ∼2× higher precision (average standard deviation in hourly formaldehyde data bins over 2 d), even though systematic errors remain in the fitted spectra, due to water vapour. Where systematic fitting errors in interfering species (e.g., water) are significant, a longer path may not be optimal for a given target gas, leading instead to biased retrievals; moreover, at very long optical path lengths the signal-to-noise ratio decreases with increasing water vapour due to broadband mid-IR spectrum signal reduction in water-saturated regions. We discuss factors to consider in the choice of path length and retroreflector array size in open-path FTIR spectroscopy, which must be made with care.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesMéta-épidémiologie (sens strict)
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,295
Score d'incertitude au seuil1,000

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,282
Écart entre enseignants0,266 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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