江苏省颗粒物激光雷达组网在一次复合过程中的应用分析

基于2022年9月5—11日江苏省发生臭氧连续超标,细颗粒物(PM_(2.5))浓度同步上升的一次典型复合污染过程,利用颗粒物激光雷达组网对江苏省6个城市的大气垂直剖面进行了连续监测,并结合近地面污染物浓度和气象要素观测数据分析了此次污染过程的成因。结果表明,污染过程期间各城市呈现高温、小风、强太阳辐射的特征,造成日间二次生成的颗粒物在本地积聚。各城市颗粒物浓度的小时变化趋势大致相同,颗粒物浓度大幅升高期间,ρ(PM_(2.5))/ρ(PM 10)值也同步上升,以PM_(2.5)生成为主导。激光雷达探测结果显示,1 km以内的355 nm消光系数显著增强,表明此次污染过程是由于强大气氧化性导致以极细颗粒物为主导的PM_(2.5)大量二次生成,无明显的区域传输,同时夜间伴随边界层高度降低,白天生成的高浓度PM_(2.5)沉降至地面,期间淮安市、扬州市和镇江市受浮尘、扬尘等粗粒子影响,边界层内粗颗粒物浓度也较高。

颗粒物激光雷达在大气复合污染立体监测中的应用

针对由于局地污染、沙尘输入、外源性输入与局地污染物相互叠加所导致的3种灰霾污染发生过程,分别选取3个典型案例,采用颗粒物激光雷达对污染物的时空分布特征进行解析。研究发现,在局地污染发生时,污染物从地面开始垂直向上扩散,扩散高度约1 km。重度污染过程中,气溶胶的日均垂直消光系数随高度的变化背离指数衰减特征,800 m高度处出现消光系数的极大值层,极大值超过2.5 km-1,800 m以下消光系数近乎常数,约为0.3 km-1。这说明,重污染过程中,有一层较厚重的颗粒物分布,使近地面污染物在垂直方向的扩散能力减弱,形成积累效应,造成大面积空气混浊。当有外源性沙尘输入时,激光雷达能够清晰地监测到污染团输入的全过程。沙团突然出现在高空2~3 km。污染团退偏振度较大,超过0.3。随着沙尘粒子的重力沉降,沙团的轮廓在垂直方向上不断地增大。沙团的输入,导致近地面粗颗粒质量浓度的增加幅度明显大于细颗粒。在第3个案例中,激光雷达清晰地监测到高空1.8~3 km突然出现含有大量球形细颗粒的污染团,同时还发现此污染团与近地面的污染物有不同的演化特征。近地面污染物随时间垂直向上扩散,12：00左右扩散高度超过1.8 km。而高空的污染团逐渐沉降进入边界层内,与近地面扩散的污染物相互混合,共同导致本地的灰霾天气。综上所述,激光雷达可以清晰地捕获污染物的垂直结构特征,对不同的致霾过程进行立体解析,实现对大气复合污染的监测和机理研判。

基于颗粒物激光雷达的南充市一次沙尘污染过程分析

利用环境空气颗粒物自动监测数据、近地面气象数据和颗粒物激光雷达资料对南充市主城区2016年5月12日的沙尘气溶胶污染天气过程进行分析,并利用HYSPLIT模式对沙尘气溶胶的来源进行了模拟分析。结果表明:来自新疆盆地的沙尘气溶胶经高空远距离输送到达四川盆地上空后沉降造成南充市主城区的PM_(10)和PM_(2.5)浓度极显著升高,PM_(2.5)/PM_(10)值极显著降低;沙尘天气过程中,风速、气温、相对湿度、气压、能见度和大气边界层高度等气象因子发生变化并对环境空气中颗粒物浓度产生影响,其中风速与PM_(2.5)和PM_(10)浓度间显著正相关,与PM_(2.5)/PM_(10)值间显著负相关;颗粒物激光雷达连续监测到整个沙尘气溶胶沉降过程,与地面环境空气自动监测数据变化趋势一致。在对盆地城市沙尘天气的环境空气质量进行预警预报时,将历史环境空气质量自动监测数据与常规气象因子数据、颗粒物雷达资料和后向轨迹等资料进行综合分析,能进一步提高沙尘天气条件下的空气质量预警预报准确度。

基于激光雷达的颗粒物“地空一体化”监测

激光雷达是一种光学频段的主动式大气遥感探测工具,文章采用车载大气颗粒物激光雷达,结合固定垂直探测、移动走航监测和平面扫描三种探测方式,对保定市高新区颗粒物浓度进行了连续观测。固定监测结果显示,通过激光雷达获得的气溶胶消光系数变化趋势与空气质量指数走势相符,符合环保部的数据指标。平面扫描监测进一步证明了污染高值是由本地污染和外来污染共同导致的。可以通过平面扫描确定污染大致区域,再通过移动走航监测快速、准确地定位污染源的位置。

基于激光雷达的北京海淀区大气污染监测及预警

对PM_(2.5)浓度进行监测及管控,对提高北京空气质量具有重要意义。文章首先分析了北京市的空气质量现状,得出PM_(2.5)为北京市的首要污染物。采用车载式大气颗粒物激光雷达对北京市海淀区进行走航探测,结合GPS定位,协同粒子后向轨迹追踪图,实时掌握区域关键路径大气污染区传输情况和污染来源。最后将100米以内的激光雷达数据与北京国控点平均数据进行对比,结果显示二者具有较好的一致性。

无锡春季一次沙尘输送的激光雷达观测与分析

利用激光雷达、地面站点数据观测资料,对无锡地区2014年3月9-10日的一次沙尘输送过程,进行了综合分析。研究表明,该次沙尘气溶胶输送导致无锡地区遭受一次中度污染过程,且输送有间歇期,激光雷达观测结果与近地面监测结果一致。颗粒物质量浓度与边界层高度密切相关,较低的边界层高度是导致10日空气质量恶化的重要原因。特定时段消光系数的垂直廓线清晰表明了表明沙尘气溶胶沉降过程的空间结构。后向轨迹表明,该次沙尘输送可能来源于西北方向。

基于车载雷达的安平县颗粒物的走航与固定监测

研究了大气颗粒物激光雷达在区域大尺度的测量方面的优势及主要的观测方式,探讨了激光雷达的测量原理及两种常用的气溶胶消光系数反演方法.利用激光雷达辅助车载颗粒物监测仪组成的移动观测系统,以安平县为研究区域,通过走航式与固定垂直相结合的监测方式,获取了2017年9月15日-9日20日安平县的雷达数据.固定检测结果显示,15日晚上十点左右外来污染物开始输入,16日下午2点左右外来污染物与本地污染物叠加达到峰值,16日下午2点以后颗粒物浓度慢慢下降,这与环保部呈现的先升后降的空气质量趋势相一致.根据走航区域粒子后向轨迹追踪图结合当时的气象条件分析了污染物的输运,并进一步预测了安平县未来4天颗粒物、臭氧浓度的变化趋势.

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。

无锡夏季颗粒污染物的垂直特征分析

针对无锡地区2013年8月13日至31日期间的晴朗、降雨、污染过程,利用地基遥感设备大气颗粒物监测激光雷达对气溶胶光学特性的时空演变特征进行监测.结果表明晴朗天气下污染物早晚分布较少、中午集聚较多的特点,并且午间污染物的扩散高度可以达到1.5km以上.晴朗天气下气流的水平、垂直运动增强有利于污染的扩散,这也是污染程度较轻和能见度超过20km的重要原因;降雨过程中,雨云层分布高度在500m以下,雨云中的水滴产生的消光系数大于2km-1,能见度不足10km,降雨过程中空气对流增强,风速增大,加上颗粒物的湿沉降作用减轻污染程度;污染时段,由于静稳天气,使得污染物扩散不利,颗粒物主要集中在近地面1km以内,颗粒物产生的消光系数较长时段超过0.5km-1.激光雷达的探测结果显示,8月30日外来污染物的输送和局地污染物的复合使得污染程度加重.通过后向轨迹模式分析发现,该污染团可能来自站点的西北方向.近地面PM2.5的质量浓度在晴天和降雨过程中均不超过50μg·m-3,但是在污染过程中,PM2.5峰值接近160μg·m-3.近地面碳黑浓度的变化趋势PM2.5一致,尤其在污染过程中,碳黑的质量浓度达到9μg·m-3.结合近地面观测与颗粒物激光雷达的地基遥感监测结果,能够对无锡地区颗粒物的垂直分布进行初步解析.

河西走廊地区一次典型夏季沙尘过程分析

通过分析2020年甘肃省河西走廊地区夏季一次持续时间较长的沙尘天气,结合天气形势和颗粒物激光雷达监测数据,探究了沙尘过程中各城市空气质量的变化情况、污染成因及沙尘传输特征。结果表明:6月29日至7月3日,南疆盆地产生的沙尘在偏西风作用下输入河西地区,沙尘气团自西向东传输,造成河西五市PM 10小时浓度峰值达1000μg/m^(3)以上,空气质量指数(AQI)严重污染级别持续时间较长,雷达消光系数和退偏振比同步升高。

灰霾污染和清洁过程中污染物垂直结构特征

针对无锡地区2013年11月6—13日经历的灰霾污染和清洁过程,采用地基遥感激光雷达对空气中的气溶胶颗粒物垂直分布进行垂直探测,发现污染时段气溶胶颗粒物主要积聚在1.8 km以下,消光系数的日均值统计表明,从近地面至高空1.5 km,颗粒物产生的峰值消光系数稳定在0.2 km^(-1);而清洁时段,由于垂直扩散条件改善,颗粒物随高度增加明显减少,1.5 km处的消光系数不足0.05 km^(-1)。同时发现污染时段中,近地面PM_(10)、PM_(2.5)、碳黑(BC)的平均浓度分别是清洁时段的2.48、2.76、3.66倍;大气氧化剂(O3和NO_x的总和)平均值水平是清洁时段的1.73倍。气象条件分析发现,锋面的移动使大气水平、垂直对流运动加剧,污染物得以迅速扩散,空气质量转好,这也是此次污染清除的主要原因。