我国大气环境立体监测技术及应用

陈业强?黄碧燕

摘 要：近年来，我国对于环境保护和能源节约加大力度进行改善，已经取得了非常不错的成绩。大气环境是一个十分复杂的动态系统，大气气溶胶及其气态前体物、大气成分及环境要素分布在从大气边界层、对流层到平流层的垂直空间里，具有显著的时间和空间变化特征以及典型的地理环境气候区域特征，影响着空气质量、气候变化。提高大气环境的监测技术水平，发展遥感观测手段，实现对大气环境的在线、快速、立体探测。

关键词：大气环境;立体监测

我国自改革开放发展至今已经取得了非常不错的成绩，随着而来的是环境污染严重的问题。目前用于大气环境污染监测的技术主要有光学技术、质谱技术和色谱技术等.其中基于光学原理的在线立体监测技术，由于具有非接触、无采样、高灵敏度、大范围快速监测、遥感等特点，是国际上环境立体监测技术的主要发展方向之一。

一、大气环境监测的目的

1.对大气环境实施监测，可以帮助我们及时了解当前的大气环境状况，对于环境保护、预防环境灾害具有巨大的帮助作用，可以使人们在大气环境不好的情况下避免外出活动。

2.大气环境监测，可依据监测数据了解污染程度，为有效解决污染问题提供依据。同时可为制定改善大气质量措施，有效解决各种环境问题提供参考。总之，大气环境污染监测，是有效保护大气环境的必要条件，我们应该予以重视。

二、技术进展

基于光学原理的大气环境在线监测技术是一种新兴技术，结合了环境科学、大气光学、光谱学等学科，利用光学中的吸收光谱、发射光谱、光的散射以及大气辐射传输等方法研究环境污染的机理及监测防治技术，图1是痕量气体在紫外-可见-红外-激光波段的特征光谱例子，光谱特征数据库是发展环境监测技术的基础，光谱数据分析方法是能否成功研发环境监测仪器设备的核心。

三、大气环境立体监测技术

1.车载测量技术。在存在主导风向的天气下，如果将监测系统装载于车上，围绕某一区域周围测量，结合气象仪器提供的风速、风向信息，GPS系统提供测量点的经纬度位置信息，通过计算就可以监测出该区域的有害气体排放通量.实际车载测量中，出于精确测量气体扩散场的考虑，需要根据车载的风速仪实测地面风速来估算风廓线，利用经验公式并考虑烟羽扩散模式。

2.机载遥感监测。在地基遥感技术快速发展并逐渐成熟的基础上，借助于机载平台的大气环境遥感载荷也开始发展起来.需要建立大气环境立体探测的空中实验平台，包括飞艇、飞机、气球以及无人机等的遥感监测实验系统，实现多时空尺度全面长期连续监测与数据积累，逐步形成对大气系统的立体、动态监测分析能力.开展大气不同高度的大气物理化学过程研究，以及从区域尺度到全球尺度的系统观测测量研究。

3.星载遥感监测。卫星遥感技术以其独特的全球覆盖、快速、多光谱、大信息量的特点在环境监测领域具有无可比拟的优势.根据不同化学物质的吸收特性反演大气主要化学物质的浓度及分布状况。

四、应用示范

1.在大气灰霾形成过程监测方面。主要是以烟雾箱模拟和大气环境下光化学中间过程物监测为主。烟雾箱是认识实际大气中复杂光化学机制必不可少的科学装置，可分为室内和室外烟雾箱。为了构建“外场观测、大型烟雾箱模拟和数值模拟”的闭合链条，在大气光化学中间过程监测与分析过程中，开展大气氧化性自由基的测量与相关研究对于认识区域性和全球性大气光化学复合污染、大气灰霾形成机制十分重要。

2.生态系统痕量气体激光在线监测。对于大型生态系统，由于下垫面的非均一性及天气过程的不可重复性，痕量气体的分布存在较大的时空差异，通过开放式生态系统痕量气体在线监测技术研究，可以实现高时间分辨率、高灵敏度的大尺度痕量气体浓度的在线监测.实际运用中，利用高频波长扫描技术改善大气湍流对激光吸收光谱造成的影响，并结合参考校准光谱，实现气体浓度的长期稳定监测。

五、发展趋势

1.突破大气环境监测的关键技术。发展大气污染形成过程中关键物种（VOCs、大气新粒子化学成分、自由基等）的准确、快速监测技术;突破对流层、平流层地基、机载大气成分和大气参数的遥测技术;实现对大气PM2.5化学组分、光化学烟雾及其前体物和中间产物提供监测技术解决方案和成套装备.构建大气污染源排放综合监测、大气复合污染及其前体物立体观测、以及大气环境监测质量控制等大气污染监测技术体系。

2.建立先进的大气环境监测技术创新研究平台。利用地基MAX-DOAS（多轴差分吸收光谱仪）和大气细颗粒物探测激光雷达等设备，建设“灰霾及其前体物立体监测网络”，开展SO2，NOx，HCHO（甲醛）等大气细颗粒气态前体物和颗粒物PM10（可吸入颗粒物）/PM2.5的垂直总量和廓线的监测研究，将弥补目前环保监测网络单一地面监测数据的不足，为研究灰霾的形成、演变和区域输送规律、开展雾霾准确预报提供技术手段.逐步建立地球表面至平流层重要大气成分（O3，CO2，水汽，CH4，SO2，NOx，气溶胶，痕量气体等）和有关气象环境要素参数（温度、风场等）探测体系，通过多平台，多波长、主被动结合的方式，获得高分辨时空分布数据库。

3.建设大气环境探测与模拟实验研究设施.针对我国大气复合污染防治研究，建设我国自己的大气环境探测与模拟实验研究设施，形成从实验室微观机理研究到模拟大气环境实验，再到外场观测实验和验证的有机闭环链条，揭示我国城市和区域尺度的大气复合污染形成机理并量化其环境影响，建立符合中国特点的相关污染模式，从而预测我国不同区域背景下大气环境复合污染及其环境效应的发展趋势并提出控制思路，为国家和地方制定有效的控制战略提供科技支撑.总之，只有发展特殊技术并综合多种技术集成，才能满足环境污染及其变化的各种需求，并推动大气环境监测仪器向更高精度、更多成分、更大范围、更加实用发展。

六、结语

大气环境人们的生活息息相关，保护大氣环境是每一个公民的责任和义务。我们在加强对大气环境监测的同时，应不断完善监测内容，从做好大气环境监测工作开始，努力提升环境监测技术和质量。依据监测的准确数据，及时掌握我国大气环境现状，以制定相关的保护措施。在大气环境监测的基础上，有效保护大气环境，使大气环境可持续发展，实现经济、生态、环境的和谐发展目标。

参考文献：

[1]杨凯，陆铁刚.城市大气环境质量的保护方法探析[J].资源节约与环保，2015，（03）：197.

[2]李文品.城市大气环境质量的保护方法[J].资源节约与环保，2013，（06）：251.

[3]波拉提.苏来曼.大气环境污染监测与保护探讨[J].绿色科技，2016，（12）：33.

[4]刘利斌.新形势下大气环境保护与治理的探讨[J].黑龙江科技信息，2015，（28）：112.