目前主流的溫室氣體監(jiān)測技術(shù)是以光和氣體組分的相互作用為物理機制，根據(jù)目標組分的特征光譜，借助光譜解析算法，再結(jié)合光機電算工程技術(shù)，實現(xiàn)溫室氣體濃度在不同時間、空間、距離下的非接觸定量反演。常見的溫室氣體光譜學檢測技術(shù)主要包括非分散紅外光譜技術(shù)（NDIR）、傅立葉變換光譜技術(shù)（FTIR）、差分光學吸收光譜技術(shù)（DOAS）、差分吸收激光雷達技術(shù)（DIAL）、可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)（TDLAS）、離軸積分腔輸出光譜技術(shù)（OA-ICOS）、光腔衰蕩光譜技術(shù)（CRDS）、激光外差光譜技術(shù)（LHS）、空間外差光譜技術(shù)（SHS）等。其中，NDIR技術(shù)利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關(guān)系，進行溫室氣體反演，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、成本低廉等優(yōu)點，但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術(shù)通過測量紅外光的干涉圖，并對干涉圖進行傅立葉積分變換，從而獲得被測氣體紅外吸收光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)多種組分同時監(jiān)測，適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測，儀器系統(tǒng)較為復(fù)雜，價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多氣體組分探測，儀器光譜分辨率較低，易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術(shù)是一種利用氣體分子后向散射效應(yīng)進行氣體遙感探測的光譜技術(shù)，具有高精度、遠距離、高空間分辨等優(yōu)點，系統(tǒng)較為復(fù)雜，成本較高。TDLAS技術(shù)利用窄線寬的可調(diào)諧激光光源，完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線，具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、光譜分辨率高等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體原位點式和區(qū)域開放式探測，對于多氣體組分探測通常需要多個激光器復(fù)用實現(xiàn)。CRDS和OA-ICOS技術(shù)均屬于小型化的氣體原位探測技術(shù)，在溫室氣體監(jiān)測方面，能夠?qū)崿F(xiàn)很高的檢測靈敏度，成本比TDLAS要高。LHS和SHS都屬于高精度、高光譜分辨的氣體檢測技術(shù)，適用于溫室氣體的柱濃度或垂直廓線探測，可用于地基和星載大氣探測領(lǐng)域。

雖然光譜學檢測技術(shù)的原理各不相同，但基本都是基于溫室氣體在紅外波段的特征吸收光譜來進行濃度反算的，針對不同的應(yīng)用場景，綜合上述技術(shù)的測量優(yōu)勢，可以實現(xiàn)多空間尺度、多時間尺度、多氣體組分的連續(xù)自動監(jiān)測，滿足生態(tài)、環(huán)境、氣候研究對溫室氣體排放監(jiān)測的多樣需求。

在溫室氣體高靈敏探測技術(shù)方面，以美國Picarro、ABB為代表的氣體分析儀器公司，開發(fā)了高性能的CRDS、OA-ICOS氣體檢測儀器，在國內(nèi)大氣背景站、高原科考及其他溫室氣體高精度測量需求領(lǐng)域占據(jù)了絕對市場；溫室氣體柱總量及垂直廓線探測方面，德國Bruker超高分辨FTIR地基遙感是TCCON等組織全球碳排放觀測的主要技術(shù)方案；德國航空航天中心利用星載DIAL實現(xiàn)了三種主要溫室氣體的高精度遙感探測；LHS地基/星載溫室氣體探測是NASA發(fā)展部署中的技術(shù)方案，相關(guān)產(chǎn)品的工程化和應(yīng)用水平處于國際領(lǐng)先地位；在溫室氣體區(qū)域分布航測和排放源遙測評估方面，德國不萊梅大學開展了基于SCIAMACHY衛(wèi)星和機載WFMDOAS的算法及系統(tǒng)集成研究。目前國內(nèi)在溫室氣體監(jiān)測技術(shù)研究方面也開展了大量的工作，一些產(chǎn)品儀器也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化推廣，包括原位點式TDLAS溫室氣體監(jiān)測儀、開放光路長光程TDLAS溫室氣體測量儀、機載高靈敏CRDS溫室氣體分析儀、原位點式高精度OA-ICOS溫室氣體分析儀和溫室氣體SHS衛(wèi)星監(jiān)測載荷等，代表性研究單位包括中國科學院安徽光機所、中國科學院大連化學物理研究所、中國科學技術(shù)大學、國防科技大學、山西大學、南京信息工程大學等。由于起步較晚，國內(nèi)在溫室氣體高端分析儀器性能上，尤其是測量精度、環(huán)境適應(yīng)性和長期穩(wěn)定性等技術(shù)指標方面與國外還存在一定的差距。

大氣中CO2、CH4、N2O三大溫室氣體的特征吸收光譜主要位于近紅外和中紅外光波段，其中近紅外波段波長在0.78－2.5μm范圍，對應(yīng)于氣體分子的“泛頻”吸收譜帶，而中紅外波段波長位于2.5－25μm范圍，對應(yīng)于氣體分子的“基頻”吸收譜帶，吸收強度要明顯高于近紅外波段，適用于超低濃度痕量氣體分子的高靈敏檢測。

針對目前溫室氣體多目標場景監(jiān)測需求，研究人員開展了不同形式的探測方法研究，主要包括地面探測、地基探測、機載探測和星載探測，綜合運用各種吸收光譜技術(shù)和儀器，通過掃描獲取溫室氣體紅外波段的特征吸收光譜，經(jīng)過光電信號轉(zhuǎn)換、光譜信號采集、濃度算法解析、軟件數(shù)據(jù)處理等技術(shù)過程，能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體多組分高靈敏時空分辨觀測。