宿迁市秋季大气细颗粒物激光雷达水平扫描应用研究

许纯领

(江苏省宿迁环境监测中心,江苏 宿迁 223800)

1 引言

近年来，随着宿迁市经济持续高速增长和城市化进程不断加快，大气环境质量问题日趋严重。2013年后空气质量标准和评价体系发生了新的变化[1]，宿迁市加大治理力度，空气质量状况取得明显改善，但近年来空气质量改善减降乏力特征已初步显现。激光雷达技术作为探测大气颗粒物的新型主动遥感工具[2，3]，在颗粒物变化监测方面具有全天时、大范围、廓线探测等独特优势[4]。本文从激光雷达水平扫描和现场排查等多方面开展污染成因研究应用，以期为宿迁市大气污染攻坚提供参考依据。

2 激光雷达水平扫描实验监测部分

2.1 主要仪器及监测原理

颗粒物激光雷达是一种先进的主动光学遥感设备。能够对大气环境中颗粒态污染物进行探测，从而获得颗粒物的空间分布信息，实现对颗粒物污染高时空分辨率、高探测精度的立体监测。仪器工作原理原理介绍，参见文献[5]。

2.2 实验地点、监测范围及时间

本次监测使用设备为中科光电自主研发的激光扫描雷达，安装地点为宿迁市隆城盘谷三号楼，平面扫描所显示距离R=3 km，监测时间段为2020年10月11～18日。

3 激光雷达扫描结果分析

3.1 工地扬尘污染

第一次污染过程：观测期间，根据10月11日9:33～10:21的激光雷达扫描结果，发现扫描区域的中心位置，宿迁学院的东侧出现明显的颗粒物高值区域，详见图1。结合地图分析，热点区域为宿迁花鸟市场附近。该点位为未完成的施工现场，虽表面用网布遮挡，但仍有较大面积的地表裸露情况；另外，工地一侧为较宽马路，工地的尘土扩散至道路会被车辆带起，形成道路扬尘。采样期间气象条件为东南风，颗粒物污染在下风向上存在扩散。

图1 10月11日9:33～10:21(a)颗粒物分布热点图及(b)周边建筑工地

第二次污染过程：10月16日9:56～10:45，根据激光雷达扫描结果发现在观测点位的东北方向上出现颗粒物高值区域，详见图2。应位置为星港湾北侧，现场采样发现热点处为大型建筑施工地，现场颗粒物较明显，此时对应气象条件为西北风向，污染物存在小范围的扩散现象。

图2 10月16日9:56～10:45(a)颗粒物分布热点图及(b)星港湾北侧建筑工地

第三次污染过程：10月18日1:41～2:29，雷达扫描图中出现两处明显的颗粒物热点，详见图3。其中西北方向上热点为宝龙城附近，其周边施工场所较多，商业餐饮较发达，正南方向上颗粒物热点区域为宿迁学院南侧荒地，工地和荒地现场较多粉尘碎石等，虽表面被覆盖但仍有较大的颗粒物污染。

图3 10月18日1:41～2:29颗粒物分布热点图

3.2 工厂排放污染

根据雷达扫描结果，10月16日上午8:19～9:07期间，在黑鱼汪水上油库，以及恒力工业园及其西侧工地处上空发现颗粒物排放热点，详见图4。根据现场采样分析，黑鱼汪水上油库和恒力工业园均检测出VOCs异常高值，大气中的VOCs会通过多种途径生成二次有机颗粒物，在VOCs中，PM2.5的主要前体物包括甲苯、间/对二甲苯、乙基苯以及多种烷烃等。

两个热点处的VOCs物种浓度和二次气溶胶生成潜势(SOA)见图5。黑鱼汪水上油库主要检出物质为芳香烃、烷烃以及戊烯，其中甲苯浓度最高，对气溶胶生成的贡献也最高。恒力工业园的采样结果分析显示浓度最高的物质为正戊烷及丁烷，此外还包括乙酸乙酯、芳香烃和烷烃等物质，其中对颗粒物生成贡献较大的物质为甲苯、间对二甲苯和乙基苯等。

图4 10月16日8:19～9:07颗粒物分布热点图

图5 黑鱼汪油库和恒力工业园VOCs及SOA分析

4 结论

(1)根据激光雷达扫描结果，监测期间共发现10多个颗粒物高值区域，其污染类型分为工地扬尘污染和工厂排放污染，工地扬尘污染出现在宿迁花鸟市场、兰亭御城、宝龙广场附近、碧桂园黄金时代、河东部施工群、星海湾北侧工地；工厂排放污染出现在南部工业区、中石化宿迁黑鱼汪水上油库、恒力工业园区。

(2)二次颗粒物在理化性质上与一次颗粒物存在较大差异，在总颗粒物中占据一定的比例，其生成对环境的影响不可忽视。因此，工业总排放的VOCs物质对气溶胶生成潜势较大的物质需要重点关注并控制。

(3)激光雷达水平扫描对工地扬尘等一次颗粒物扫描效果显著，但对二次颗粒物扫描具有一定局限性，需配合其它辅助监测手段共同开展。