“當(dāng)沙塵天氣過程中沙塵源區(qū)城市PM10小時(shí)濃度持續(xù)兩個(gè)小時(shí)超過600μg/m3,或持續(xù)1個(gè)小時(shí)超過1000μg/m3,可以剔除沙塵天氣過程影響區(qū)域范圍內(nèi)源區(qū)城市及下游城市顆粒物監(jiān)測數(shù)據(jù)。近年來,地基遙感的主動(dòng)探測手段,如激光雷達(dá)不僅能夠有效判識霧霾的空間分布,對沙塵天氣發(fā)生的過程、時(shí)間、沙團(tuán)輸入的高度、強(qiáng)度等特征,都可以進(jìn)行有效監(jiān)測。
  1、什么是大氣顆粒物激光雷達(dá)呢?
  大氣顆粒物激光雷達(dá)像“探針”一樣,通過不斷地向大氣中發(fā)射激光束,掃描大氣中的信息,通過與顆粒物和氣態(tài)分子相互作用后產(chǎn)生散射光來獲取不同高度處污染物的濃度分布信息,類似醫(yī)學(xué)上的“CT”技術(shù),不同的是,激光雷達(dá)獲取的是污染物的空間垂直分布。

雙波長三通道雷達(dá)

掃描雷達(dá)
  2、激光雷達(dá)提供什么數(shù)據(jù)呢?
  消光系數(shù):反映污染程度,消光系數(shù)值越高,代表球形粒子污染程度越嚴(yán)重。
  退偏振度:反映沙塵的不規(guī)則程度,沙塵的退偏振度約0.2-0.4。
  顆粒物質(zhì)量濃度空間分布:給出不同高度處PM10和PM2.5質(zhì)量濃度。
  能見度:給出垂直、水平能見度視程。
  外源性污染物強(qiáng)度:外源傳輸?shù)妮斔屯亢途值匚廴镜恼急取?br />  3、如何從激光雷達(dá)結(jié)果上讀取沙塵信息呢?我們來分析兩個(gè)案例。
  案例分析一:過境沙團(tuán)和沉降沙團(tuán)的過程監(jiān)控(數(shù)據(jù)來源:中科光電無錫站點(diǎn))
  顆粒物激光雷達(dá)在判識外源性沙塵的另一個(gè)重要依據(jù),是其出現(xiàn)的高度與近地面的污染物分布無明顯的重合。下圖是激光雷達(dá)捕獲到的一次多層沙團(tuán)過境和與地面復(fù)合的結(jié)果。近地面的結(jié)果發(fā)現(xiàn),PM濃度高值與沙團(tuán)2沉降融合有密切關(guān)系。

圖 沙塵輸入過程的激光雷達(dá)監(jiān)測結(jié)果(無錫)
  沙團(tuán)1: 出現(xiàn)在6日16時(shí),高度4.2km處,沉降過程中沙團(tuán)的下沿距地面約2.1km,尚未進(jìn)入大氣邊界層內(nèi),屬于過境沙團(tuán),對近地面的影響較小。
  沙團(tuán)2:出現(xiàn)在7日20時(shí)前后,高度5km處,沙團(tuán)強(qiáng)度大,沉降速率大,沙團(tuán)在8日7時(shí)沉降至大氣邊界層內(nèi),與近地面污染物復(fù)合,屬于沉降沙團(tuán)。
  沙團(tuán)3:在沙團(tuán)2未沉降結(jié)束時(shí),高空3km處發(fā)生第3次的污染團(tuán)的輸送。此沙團(tuán)向地面遷移過程中,在1.2km處與地面污染物有明顯分界,未發(fā)生融合,屬過境沙團(tuán)。
  沙團(tuán)4:出現(xiàn)在8日20時(shí)高空3.6~4.5km范圍內(nèi)出現(xiàn)第4次的沙團(tuán)輸入。此沙團(tuán)下沿最低高度至3km,既未與第3次的沙團(tuán)混合,也沒有能進(jìn)入邊界層內(nèi)與近地面的污染物混合,推測第3次和第4次輸送的污染團(tuán)與第1次的污染團(tuán)類似,屬于過境沙團(tuán),對近地面的影響較小。
  詳細(xì)可參閱【伍德俠, 宮正宇, 潘本鋒,等. 顆粒物激光雷達(dá)在大氣復(fù)合污染立體監(jiān)測中的應(yīng)用[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2015(5).】
  案例分析二:沙塵傳輸?shù)募す饫走_(dá)組網(wǎng)觀測
  基于單站點(diǎn)的雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)對沙團(tuán)的時(shí)間、高度和強(qiáng)度特征進(jìn)行分析,基于多臺(tái)雷達(dá)組成的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò),可以對沙團(tuán)的傳輸路徑、時(shí)間相位以及沉降的特征進(jìn)行監(jiān)控,并及時(shí)預(yù)警。為有效捕獲此次沙塵污染傳輸,中科光電利用激光雷達(dá)組網(wǎng)平臺(tái),對布設(shè)在北京、無錫、上海、福州、武漢和鄭州等地的大氣顆粒物監(jiān)測激光雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速解析。

激光雷達(dá)組網(wǎng)點(diǎn)位布設(shè)


沙塵傳輸?shù)募す饫走_(dá)組網(wǎng)觀測結(jié)果
  致謝:衷心感謝中國環(huán)境監(jiān)測總站、河南省環(huán)境監(jiān)測中心、上海市環(huán)境監(jiān)測中心、福建省環(huán)境監(jiān)測中心站、蘭州市環(huán)境監(jiān)測站、武漢市環(huán)境監(jiān)測中心、福州市環(huán)境監(jiān)測中心站、無錫新吳區(qū)環(huán)境監(jiān)測站的大力支持。
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