构建以激光雷达为核心的区域污染立体监测体系

提出建立以大气颗粒物监测激光雷达、大气臭氧探测激光雷达等地基遥感监测仪器设备为核心的区域污染立体监测体系,重点介绍了颗粒态污染物、气态污染物和气象场垂直探测的方法和原理。基于该监测体系,能够准确解析从近地面至高空颗粒态污染物(尤其是细粒子)和大气氧化剂的时空分布规律,结合近地面数据、卫星探测结果,建立剖析污染物的垂直分布特征的方法,准确判识污染团的外来输送过程和局地形成过程,为进一步采取防控、预警措施提供有力的数据支撑。

大气臭氧探测激光雷达研制及其案例分析

该文研制一款基于差分吸收原理的臭氧激光雷达,由激光发射系统、光学接收系统、数据采集与处理系统组成,响应灵敏,分辨率高,能够实时获得对流层3 km高度臭氧浓度和消光系数的垂直分布特征,在大气环境监测以及环境保护决策支持等方面具有重要价值。结果显示,臭氧浓度在2 km以下存在明显的垂直分布和日变化特征,其中午间浓度高值分布高度在0.5 km以下和1.4~1.8 km之间,夜间存在臭氧残留分布高度在0.4~1.1 km。低空臭氧浓度日变化趋势与地面站点一致,夜间臭氧消耗程度弱存在残留。

石家庄市夏季臭氧污染近地层垂直变化特征

基于2022年6月1日—8月31日河北省石家庄市地面气象要素和臭氧(O_(3))观测数据,结合O_(3)激光雷达垂直探测数据分析近地层O_(3)垂直变化特征,并利用后向轨迹聚类分析法探讨其污染来源。结果表明:(1)2022年夏季石家庄O_(3)污染天数为6月>7月>8月。影响ρ(O_(3))变化的主要影响因子是气温,平均气温与ρ(O_(3))正相关,相对湿度与ρ(O_(3))负相关。(2)当探测高度≥2 km时,全天、日间、夜间的ρ(O_(3))变化较稳定,ρ(O_(3))均在100μg/m^(3)左右。近地层ρ(O_(3))差异最大,无论是日间还是夜间,ρ(O_(3))均在0.3 km左右达到峰值,之后逐渐降低。6月的ρ(O_(3))垂直变化速率较大,7、8月ρ(O_(3))垂直变化速率逐渐降低。(3)不同垂直高度下,石家庄夏季ρ(O_(3))日变化情况均成“单峰单谷”型,地面ρ(O_(3))日变化波动最明显,随着高度的上升ρ(O_(3))日变化情况趋于平缓。(4)后向轨迹聚类分析结果表明,距离地面10,500,1000 m高度层的O_(3)后向轨迹均呈散射状分布,距离地面10 m的O_(3)路径来源为河北西南部,距离地面500 m的O_(3)路径来源为河北南部,距离地面1000 m的O_(3)主要途经地点为内蒙古西南部、西北部和河北东北部。

平流层臭氧深度侵入对典型城区的影响过程分析

中纬度平流层臭氧深度侵入是造成对流层至近地面臭氧浓度突增的原因之一。筛选春夏季臭氧浓度升高时段的高分辨率大气再分析数据ERA5,以位涡值的下沉趋势分析了对流层顶折叠位置及变化过程;以AIRS数据反演了臭氧浓度、一氧化碳浓度和相对湿度的垂直廓线,并估计了其分布及相关性;以近地表污染物浓度变化、HYSPLIT模型后向轨迹分析结果证实了臭氧侵入气团的运移轨迹和局地效应;通过激光雷达监测结果观测臭氧垂直浓度分布,确定了臭氧浓度最大值所处高度,判定了受影响近地点的浓度升高时刻;以边界层高度变化、气象条件分析结果及当地与周边城市地面监测数据的逐小时变化情况等综合信息,进行了区域确认和近地面影响判定。通过以上数值综合分析,对城市地区受平流层臭氧深度侵入影响的过程和具体时间进行了详细再现,可为排除非人为排放因素导致的近地表臭氧浓度增加提供回溯分析,为臭氧污染防控决策提供依据。

无锡夏季近地层臭氧复合污染及其前体物VOCs的特征分析

文章采用臭氧差分吸收激光雷达对2020年7-8月期间无锡市大气臭氧进行在线连续监测,同时利用NECP气象再分析数据,获取无锡市对流层夏季臭氧浓度时空分布特征,统计并分析有无复合作用时,对近地面臭氧浓度变化及对前体物光化学反应的影响。结果表明无锡市臭氧污染日中高空臭氧向地面扩散发生复合作用较为普遍,复合作用下日超标时段延长,臭氧峰值高,臭氧增幅区域依次为沿太湖带、城郊和城区;天然源VOCs及城区向外扩散的VOCs在复合作用下更易导致臭氧生成贡献率高;9-16时复合污染日VOCs下降速率较无复合污染日快;臭氧生成潜势分析复合污染日中OFP贡献最高的依次为甲苯、正丁烯、丙烯,判定主要来自溶剂涂料、石化等行业。

闽江口臭氧传输污染观测研究

基于臭氧激光雷达遥感技术获得气溶胶和臭氧的时空立体数据,联合地面常规空气质量监测结果,对闽江口琅岐岛2017年5月25~28日的臭氧传输污染过程进行综合分析。分析表明,该次污染的主要原因是本地生成与两次传输沉降的叠加结果,臭氧激光雷达的观测结果与近地面监测结果一致,特定时刻的消光系数垂直廓线清晰表明了传输气团出现、融合及沉降的空间结构。后向轨迹表明,两次传输分别从陆地和海面自东北方向而来。

佛山春季两次典型臭氧污染过程分析

近地层臭氧污染与气象条件密切相关,为了解珠三角地区春季臭氧(O_(3))污染的气象成因,选取了2020年4月9日和28日佛山地区春季两次典型O_(3)污染过程进行对比分析.结果表明:(1)小风、低湿和高温是造成佛山春季O_(3)污染发生的气象成因.(2)两次过程各站点O_(3)峰值浓度大致出现在16:00—18:00,较年均统计偏晚1 h左右,最高气温明显低于夏、秋季;大多数站点日变化以单峰型为主,部分站点受局地风场和城市下风向传输影响呈现“倒U型”和“双峰型”.(3)垂直探测分析表明,4月9日O_(3)污染过程主要由局地反应生成,垂直方向下沉气流主导,污染主要积聚在1000 m以下的近地面层;28日受局地生成和垂直交换作用影响,O_(3)污染自下而上扩展,且早间残留层下传影响显著.(4)与长距离和高层输送相比,短途和低层传输对局地O_(3)污染发生的作用更为明显(输送频率可达60%以上).春季佛山地区O_(3)污染的主要传输源为珠三角东部和南部地区,污染防控除做好本地防控工作外,还应重视区域协同控制.(5)与回流指数相比,综合考虑污染物回流现象和光化学反应的臭氧气象指数(MIO)对O_(3)污染具有更好的指示意义,O_(3)最大8 h浓度(MDA8)与MIO的相关系数r可达0.78.