基于无人机的深圳近地层大气VOCs垂直分布监测

2023年9月21~23日,基于无人机多通道全空气采样系统及搭载的NO_(2)和O_(3)集成监测装置在深圳进行了7个梯度的早间和午间两个时段监测,以探究0~480m高度的VOCs垂直分布特征、组成演变规律及其对O3形成影响.结果表明,VOCs浓度在早间时段随高度升高波动下降,体现出地面排放的显著影响;而在午间时段随高度升高而波动上升,此时受到区域传输的显著影响.VOCs中主要物种为OVOCs和烷烃,两者浓度在垂直梯度上均受排放源影响显著,在160~240m以及400m处呈现峰值,而其他物种浓度在垂直梯度上仅略有波动.总O3生成潜势(OFP)垂直分布特征与总VOCs浓度一致,OFP中贡献占比较大的为OVOCs(36.9%)、烯烃(25.2%)和芳香烃(22.4%).典型物种和特征物种比值分析表明,二次生成､工业过程和溶剂使用源以及机动车排放对VOCs垂直分布特征有显著影响.此外,观测期间NO_(2)浓度于两个时段都在240m以上随高度升高而升高,O_(3)浓度于早间时段在160m处出现峰值,午间时段在240m以上呈现与NO2相反的变化趋势,受到了VOCs和NO_(2)的协同作用影响.

基于VB 6.0串口通信的环境空气质量自动监测系统

目前在大气环境监测行业系统内存在大量的监测设备,在数据采集方法上也是各有异同。为了实现监测数据参数的同步采集,采用基于Microsoft公司VB 6.0串口通信的方式进行联接,通过数据库存储以及图表实时显示各项监测参数变化曲线。通过长期测试应用,该系统能够很好地应用于大气环境监测系统,而且在其他需要实时数据采集的研究领域同样适用。

生物质露天焚烧及家庭燃用的多环芳烃排放特征研究

农村地区生物质燃烧排放是大气多环芳烃（PAHs）的重要来源之一.本研究利用建立的烟尘罩稀释通道采样系统,对我国典型的生物质燃烧方式—水稻、玉米、花生、大豆秸秆的家庭炉灶燃烧,并对水稻、玉米、花生秸秆以及荔枝树、大叶榕、小叶榕等落叶的露天焚烧进行实验室模拟,实测了秸秆野外焚烧、落叶野外焚烧、秸秆炉灶燃烧等3种典型生物质燃烧类型排放的气相及颗粒相PAHs的排放因子.结果表明,本研究生物质露天焚烧PAHs排放因子高于大部分已有实验结果,秸秆炉灶燃烧PAHs排放因子亦高于大部分排放清单采用值.3类燃料燃烧排放PAHs的谱分布相近,均以中低环PAHs为主,中高环（4~6环）PAHs比例为22.2%~28.8%.采用某单一数值作为某类源PAHs特征比的取值,并将其运用于大气PAHs的来源解析可能会造成偏差.

双室微生物燃料电池利用乙酸钠和淀粉产电研究

研究了厌氧活性污泥接种的双室微生物燃料电池(Microbial Fuel Cells,MFCs)分别供给以乙酸钠和淀粉为底物的人工配水的产电情况和有机物去除效果.结果表明,MFCs中能量的输出与底物的种类有关,使用乙酸钠和淀粉达到的最大输出电压分别为0.43和0.39 V,最大功率密度分别为36.03和6.32 mW/m2,简单底物的输出电压和功率密度高于复杂底物.MFCs在产电同时还可有效去除水中的有机物,288 h时以乙酸钠和淀粉为底物的MFCs中TOC的去除率分别为91.15%和83.20%,NH3-N的去除率分别为90.31%和86.20%.扫描电镜发现,2种底物下MFCs阳极表面的微生物形态差异显著,以乙酸钠为底物的MFCs阳极表面生物相主要为杆菌和弧菌;以淀粉为底物的阳极表面主要是球菌,表明不同底物条件下MFCs中所形成的微生物优势种群也不同.

深圳市大气能见度与细粒子浓度统计模型

利用深圳市2007年全年逐时能见度、PM2.5质量浓度和相对湿度观测数据,在分析大气消光机理及其影响因素的基础上确立了能见度与PM2.5之间的基本模型关系,着重讨论分析了相对湿度对颗粒物消光影响的常见修正方式,并通过线性和非线性回归分析筛选相对湿度影响修正因子fRH的表达形式和确定模型参数,最终建立起适合于深圳本地情况的能见度与PM2.5之间的最优统计模型(R2=0.43,n=8024)。进一步利用能见度与PM2.5的日平均值进行了多元回归分析,模型拟合值与实测值之间的相关系数(R2)高达0.73(n=350),而且预测偏差范围小,较好地反映了深圳市大气能见度与PM2.5之间的定量相关关系。

2008北京残奥会期间大气黑碳气溶胶污染特征

利用单颗粒黑碳光度计(SP2)对2008年残奥会期间北京市黑碳(BC)气溶胶的质量浓度、粒径分布及单颗粒混合态进行连续在线观测.结果表明:观测期间BC浓度均值为1.65μg/m3,低于往年同期水平;质量粒径分布呈单峰型,峰值位于207nm;内混态BC比例平均为56.1%,高于其他国内外城市,说明本地源排放贡献相对较小.随大气边界层高度及本地源排放变化,BC浓度在上午8:00和午夜0:00出现2个峰值,内混态BC比例日变化趋势与之相反.风向风速分析表明,残奥会期间来自五环外未限行区域的机动车排放对市区BC浓度有明显影响.

无锡市大气PM(2.5)中黑碳的粒径分布与混合态特征

针对长江三角洲地区PM2.5中的重要组分黑碳（BC）气溶胶,2010～2011年利用单颗粒黑碳光度计（SP2）,对江苏省无锡市夏冬两季BC气溶胶的质量浓度、粒径分布及单颗粒混合态进行了连续在线观测.结果表明,无锡市冬季BC质量浓度（6.1μg/m3）是夏季（2.5μg/m3）的2.4倍,内混态BC比例（NIB）冬季（64.8%）也显著高于夏季（44.6%）,说明冬季BC污染与来外来污染传输有关.反向轨迹分析表明,来自华北平原的污染气团输入是冬季高浓度BC污染的首要原因.NIB的日变化趋势与BC质量浓度的完全相反.午后BC质量浓度最低时NIB最高,反映了二次光化学产物包覆在BC颗粒外层的老化过程.此外,夏冬两季BC粒径分布保持稳定,其质量浓度峰值对应粒径在225nm左右,数浓度峰值对应粒径在120nm左右。

生物质燃烧源排放烟尘罩稀释采样系统设计与应用

为研究生物质燃烧源颗粒物与气态污染物的排放特征,设计了可用于生物质燃烧排放实验室模拟研究的烟尘罩稀释采样系统.该系统可模拟生物质燃烧释放的高温高浓烟气排放到大气中的冷却、稀释、生长等理化过程,捕集燃烧排放的细颗粒物和多种痕量气态污染物.通过更换不同内径采样嘴等方法,系统稀释倍数可在10～70倍之间调节.详细介绍了系统的设计原理及结构,并对系统可靠性进行了检验.整个采样系统通过了气密性测试,分级采样系统平行性良好,细颗粒物损失在可接受范围,对燃烧状态扰动低,燃烧状态可实时评估.应用该系统测定了我国南方地区典型生物质燃烧源含碳污染物种的排放特征,结果表明其适于模拟各种类型的生物质燃烧.

微生物燃料电池与传统厌氧消化处理人工废水的比较

通过微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与传统厌氧消化(conventional anaerobic digestion,CAD)的比较试验,考察了对高浓度葡萄糖和硫酸盐人工废水的处理效果.MFC在获得一定能量的同时(I=0.16mA,P=4.76mW/m^2),有效去除水中有机物,去除率高于CAD.葡萄糖为碳源,初始TOC=2100mg/L,运行144h,MFC获得91.61%去除率,CAD获得58.85%去除率;初始NH_3-N为500mg/L,MFC中去除率最高达92.61%,CAD达72.38%;MFC中对硫酸盐的利用率和CH_4产生量都低于CAD;比较结果表明,MFC技术可提高处理高浓度有机废水的效果.

华南沿海某大气背景点黑碳气溶胶污染特征

黑碳气溶胶(BC)因其显著的气候效应和对人类健康的危害而成为研究的热点。研究背景点位BC的浓度水平和来源特征有助于掌握BC在区域尺度上的辐射强迫特性和环境影响。2009年秋季在华南沿海某区域大气背景点进行了为期约40 d的BC在线观测。观测期间BC的平均浓度为(2.34±1.33)μg/m3,与其它区域背景点相比处于较高水平。利用中尺度天气研究和预报系统WRF模拟的高分辨率三维气象场数据驱动HYSPLIT-4反向轨迹模式,模拟观测期间每小时的气团轨迹,将所有轨迹分为来源特征明显的东北沿海、北方内陆、香港方向和东南海面方向四类。当受到东北沿海来源气团影响时,BC的浓度为平均水平的1.4倍,BC和CO有较好的线性相关关系,而其它三类气团影响时的BC浓度都低于平均浓度,且BC和CO的相关关系很差,说明来自东北沿海地区的较近距离区域传输是影响该背景点大气BC的主要源区。

基于热扩散管的深圳大气气溶胶半挥发性分析

在气溶胶质谱仪采样口前接入热扩散管,对深圳市2013年8月7日-9月7日大气细颗粒物进行连续在线观测,实现对气溶胶半挥发性的同步测定,量化其半挥发性水平.结果表明：加热温度为50℃时,约63%质量浓度的硝酸盐组分挥发至气相,是颗粒物中半挥发性最高的组分;而硫酸盐仍有约90%的颗粒残留,是半挥发性最低的组分;有机物的平均半挥发性高于硝酸盐,但低于硫酸盐.加热温度为200℃时,各组分的半挥发性接近,约有20%~30%的颗粒残留.在较为接近实际大气温度的50℃时,硝酸盐、有机物和硫酸盐的半挥发性因细颗粒物污染程度加剧而呈现不同的变化趋势.本文结果表明,深圳夏季大气细颗粒物具有显著的半挥发性,其大气环境影响值得今后深入研究.

华北地区夏季大气亚微米颗粒物的半挥发性特征

利用热扩散管TD（Thermal Denuder）与高分辨飞行时间气溶胶质谱仪（HR-To F-AMS）联用法,于2013年6—7月对华北地区国家环境空气质量评价区域点香河的大气PM1（亚微米颗粒物）及其组分〔OM（有机质）、SO42-、NO3-、NH4＋、Cl-〕进行连续在线观测,并实现了PM1不同化学组分半挥发性特征的模拟分析.结果表明：在观测期间,ρ（PM1）平均值为（47.9±47.3）μg/m3,其中OM贡献最大,达到38.2%〔ρ（OM）占ρ（PM1）的比例,下同〕,之后依次为SO42-（33.7%）、NH4＋（13.8%）、NO3-（12.3%）、Cl-（2.0%）.在PM1的各化学组分中,NO3-和Cl-的MFR（质量剩余分数）值最低（约0.40）,表明二者的半挥发性最高,当温度为50℃时,约60%的NO3-或Cl-进入气相中;SO42-的半挥发性最低,在50℃时仍有约90%的质量剩余;而OM和NH4＋的半挥发性居中.NO3-的半挥发性受大气PM1污染水平的影响,50℃时其半挥发性随着ρ（PM1）的增加而升高.当温度从50℃升至200℃时,残留有机气溶胶的O/C（原子数比）从0.47增至0.60,说明半挥发性组分多为氧化态较低的有机化合物.此外,真空动力学粒径在60～2 000 nm的颗粒物在不同粒径段表现出相近的半挥发性.大气PM1半挥发性的定量分析结果可为全面认识大气颗粒物的物化性质及污染机理提供数据,也有助于空气质量模型的完善.

大气监测中DOAS与点式仪器一致性分析

在监测环境空气中SO2、NO2、O3和TOL(甲苯)等项目时,为进一步探讨DOAS仪器与国内现行的点式仪器之间监测结果的一致性,以及高湿降雨不利气象条件对DOAS仪器监测结果的影响,该文开展了DOAS仪器与传统点式仪器的比对实验。结果表明:DOAS仪器监测SO2、NO2、O3和TOL等项目与点式仪器监测结果之间具有较好的一致性和相关性;深圳高湿降雨天气对DOAS仪器的监测结果无显著影响,与点式仪器的监测结果仍具有较好的一致性和相关性;TOL作为典型的高活性芳香烃类化合物,在环境空气挥发性有机物(VOCs)中占有较高的比例,可以利用TOL监测结果间接评估VOCs的污染趋势。

基于TL494的臭氧发生器的研制

臭氧污染已成为我国大气污染治理的重点与难点,臭氧监测也是我国环境空气质量监测系统中一项重要内容。为了更加灵活、便捷地标定臭氧监测仪,研制一种基于TL494双端式开关电源控制芯片的便携式臭氧发生器,经过一级标准的臭氧分析仪校正后,可方便对二级在线臭氧监测仪进行常规有效的浓度梯度检验。该发生器的基本原理为,通入设定流量的干空气进入到一个恒温腔体,腔体内使用185 nm紫外灯照射,使空气中的氧激发生成臭氧。通过调节紫外灯强度即可产生不同浓度的臭氧,输出用于后端应用。经实测验证,该发生器性能稳定,控制电压与发生浓度相关性可达0.999。

土地流转政策对农村生物质燃烧排放的影响研究——以广东省江门市为例

目前,我国农村使用生物质作为家庭燃料和农田废弃物露天焚烧的现象很普遍。研究以广东江门新会区为例,通过实地调研调查该区土地流转统计资料,结合实验室测试生物质田间焚烧和家庭炉灶燃烧的排放特征,建立了土地流转政策下的生物质燃烧排放清单,探析了土地流转政策对区域生物质燃烧排放的影响。结果表明：（1）水稻秸秆CO2、CO、BC排放因子分别为1 265.69 g·kg^（-1）、74.61 g·kg^（-1）、0.40 g·kg^（-1）,甘蔗秸秆为1 689.79 g·kg^（-1）、25.61 g·kg^（-1）、0.37 g·kg^（-1）,速生桉柴为1 257.93 g·kg^（-1）、83.03 g·kg^（-1）、1.13 g·kg^（-1）,荔枝柴为1 015.87 g·kg^（-1）、97.98 g·kg^（-1）、1.11 g·kg^（-1）;（2）土地流转政策能减少生物质燃烧量,并相应减少CO2、CO、BC、PM2.5、PAHs等的排放。研究结果可为其他地区控制农村生物质燃烧排放及政府制定相关政策提供参考。

深圳市秋季大气臭氧立体分布特征

利用大气O3探测激光雷达在深圳市东部生态区和西部城区同步开展垂直观测,探究了2018年深圳市O3立体分布在秋季光化学污染活跃期至冬季非活跃期的演变过程.结果表明:光化学反应活跃的10月,东部地面O3浓度相对于西部地面高出约128%;地面向上至450m,O3浓度在东部生态区发生快速降低,而在西部城区由于存在"滴定效应",O3浓度随高度升高而升高;450m-2km,东、西部O3浓度均随高度升高而降低,西部城区O3浓度水平超过东部生态区约30%;2km以上高空,东、西部O3浓度趋同(70μg/m^3),并保持稳定,为具深圳市秋季O3污染过程提供了较高的大气背景浓度.高污染期间,深圳市大气边界层内O3浓度变化较为一致,西部高空的O3区域传输作用更加显著.秋季至冬季光化学反应逐渐减弱,深圳市O3浓度的水平和垂直空间差异逐渐减小,冬季的深圳市O3污染基本受大气背景控制.

深圳市PM_(2.5)化学组成与时空分布特征

于2008-12-30～2009-12-25,在深圳市宝安区、罗湖区和盐田区各设置一个采样点采集大气细粒子PM2.5,分析了PM2.5中主要的水溶性离子组分、有机碳和元素碳,同时结合气象条件,对深圳市PM2.5的化学组成及时空分布特征进行了研究.结果表明,深圳市PM2.5污染总体上呈现西高东低的空间分布特点,但是SO24-和NH4+的空间差异不大,说明深圳PM2.5污染具有明显的区域传输特征.OC/EC值自西向东逐渐升高,说明深圳西部地区受一次源排放影响更为显著.受亚热带海洋性季风气候的影响,深圳市PM2.5总体污染程度表现为秋冬高、夏春低的特点,各主要组分的质量浓度变化也均有类似的特征.与2004年深圳的类似观测结果比较发现,该地区脱硫措施显著降低了PM2.5中硫酸盐浓度,而机动车尾气对PM2.5的贡献变得更加重要.

深圳市冬季大气消光性质与细粒子化学组成的高时间分辨率观测和统计关系研究

我国城市当前面临的一个主要的大气污染问题是细粒子污染造成的区域性能见度大幅度下降.无论能见度还是细粒子污染在大气中都存在快速的变化过程,无法获得高时间分辨率的观测数据就无法准确有效地研究二者之间的关系,这也成为大气科学领域的一个研究难点.本研究利用高时间分辨率在线仪器获得了深圳市2009年1月17日至2月16日间的大气散射和吸收系数、PM1主要化学组分浓度及相关气象参数的10分钟分辨率观测数据,应用多元线性回归的方法建立了拟合优度很高(R2=0.913,n=3167)的深圳市冬季大气消光系数与PM1主要化学组分以及相对湿度之间的关系式.结果显示,冬季观测期间深圳市大气消光系数平均为290±183Mm-1,其中颗粒物的散射与吸收分别占72%与21%.PM1主要化学组分中有机物对消光的贡献最大,平均占45%,其次为硫酸铵,平均占24%,黑碳与硝酸铵分别平均占17%和12%.此外,本研究还对不同消光系数水平和日间大气消光系数变化规律分别进行了分析讨论.

深圳市冬季黑碳气溶胶的粒径分布和混合态特征

黑碳（Bc）气溶胶的气候效应和环境效应是当今科学界的研究热点．BC气溶胶的粒径分布及混合态对其光吸收和其他理化性质有很大影响，但是受仪器分析技术的限制，目前国内外均鲜有对单个BC粒子大小及混合态连续观测的研究．本研究利用新型的单颗粒黑碳光度计（SP2），对2009年1～2月深圳市BC气溶胶的质量浓度、粒径分布及单颗粒混合态进行连续在线观测．结果表明：观测期间BC浓度均值为6．24μg／m^3；其质量粒径分布呈单峰型，峰值位于211nm；内混态BC（127—264nm粒径段内）质量比例为32．4％．内混态BC比例随粒径变化趋势与表面积浓度的粒径分布趋势相似，说明内混态BC形成与大气中的气-固转化过程密切相关．外混态BC浓度与NOx高度相关，并随大气边界层高度变化而呈现白天低、夜间高，这些特征都说明外混态BC与本地机动车等燃烧源的新鲜排放密切相关；内混态BC浓度的日变化相对平缓，指示出其来自区域传输的特征反向轨迹分析也表明，内混态BC比例与气团老化程度有显著的对应关系．本研究有助于深入认识我国大气BC气溶胶污染的本质及来源特征，并为准确评估BC气溶胶在辐射强迫和气候变化中的作用提供关键的支撑数据．

全场测量高分子材料超大变形的研究

针对传统的数字图像相关法因相关性较低而难以测量高分子材料的超大变形问题,提出了一种修正的数字图像相关法进行全场全过程测量高分子材料应变。首先,提出一种基于多核点的初值匹配方法,提高了匹配点对的鲁棒性及高效性;然后,介绍一种多基准匹配方法,极大提高了数字图像相关法相关性;最后,根据以上关键技术研发的超大变形测量系统对单向拉伸的高密度聚乙烯试件进行测量。试验结果表明,本文方法能实时、动态、全场测量应变分布大于500%的高分子材料变形状态,为全场测量超大应变高分子材料应变提供了一种有效的非接触测量手段。