区域大气环境污染光学探测技术进展(3)
图3 车载移动监测烟羽原理图和车载DOAS移动监测获取的NO2柱浓度Fig.3 Principle of mobile monitoring for smoke plume and NO2column concentration monitored by mobile DOAS
2.3多源卫星遥测
卫星遥感平台是在短时间内获取全球或大区域信息的重要手段,它弥补了地面站点监测在空间尺度上的不足. 星载遥感大气污染监测较常规方法更具客观性,便于对全球和区域大气污染进行动态监测和预报,具有广阔的应用前景. 目前,星载大气污染遥感在国际上正得到快速发展,在发达国家和地区,卫星遥感已成为大气环境监测和大气质量预报的重要手段. 如星载DOAS技术利用地面和大气的后向散射光进行痕量气体反演,通常能实现天底和临边观测两种几何观测模式. 天底观测时,DOAS系统的视场向下正对地球表面. 美国国家航空航天局(NASA)的EOS Aura卫星上搭载的Ozone Monitoring Instrument(OMI),欧洲航天总署(ESA)开发的搭载到ERS-2卫星上的Global Ozone Monitoring Experiment(GOME)以及随后发射的METOP-A上搭载的GOME-2和Envisat上搭载的SCIAMACHY均采用了天底观测方式. 另外,SCIAMACHY仪器除了天底测量之外,还能实现临边测量,通过临边测量,SCIAMACHY能够以高分辨率反演痕量气体的垂直廓线. 我国自行研制的高分5号卫星搭载了2台对地观测载荷(可见短波红外高光谱相机和全谱段光谱成像仪)和4台大气探测载荷(大气气溶胶多角度偏振探测仪、大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气主要温室气体监测仪和大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪),可对CO2、CH4、O3、NO2、SO2等大气成分和大气气溶胶特性进行监测. 我国于2018年首次获取了全球NO2柱浓度空间分布结果,空间分辨率为24 km×13 km. 从全球范围看,NO2柱浓度的高值主要分布在东北亚(我国华北和东北地区、韩国、俄罗斯西伯利亚以及日本北部)、美国中北部、印度北部、欧洲中部、南非等地. 此外,还可采用多源(OMI、MODIS等)卫星二级数据,通过网格化插值算法获得区域污染物(SO2、NO2、颗粒物)的空间分布(见图4),分析大气污染过程不同阶段、不同区域污染物总量,结合气象信息获取重点城市区域的排放通量.
图4 OMI卫星反演的我国部分地区NO2柱浓度(2016年12月—2017年2月)Fig.4 NO2column concentration in some areas of China from December, 2016 to February, 2017 retrieved from OMI satellite
3 发展思路
自2013年《大气污染防治行动计划》实施以来,在国家科技计划项目的支持下,我国大气复合污染的基础研究和治理技术研发取得了积极进展. 但是随着我国大气污染治理的不断深入,污染源的结构发生了显著改变,大气污染的成因也发生了快速变化,因此我国的大气污染防控还面临着很多挑战. 如全国大气臭氧浓度的不断增加,个别城市开始出现臭氧引起的重污染现象;同时,PM2.5和臭氧协同控制成为大气污染治理的深水区防控,其中涉及的关键问题是VOCs的减排. VOCs是二次颗粒物和臭氧的共同前体物,其组分和来源复杂,目前无论是重点行业还是城市都还没有成功的VOCs防控经验可循.
此外,尽管近年来我国大气环境监测技术、仪器与设备实现了快速发展,依靠自主研发的技术,已初步形成了以国控网络监测站为骨干的环境地面监测网络体系,但仍存在一些问题和不足:①环境污染机理研究的监测技术和手段(低干扰的多平台自由基探测、高灵敏的大气超细颗粒物传感器等)方面的不足,不能满足国家对O3等二次污染业务化监测(如光化学前体物的立体监测、低成本高性能的大气自由基与环境污染物探测等)的需求,因此亟须推动监测技术的创新、国产仪器的产业化及环境监测技术体系的建立. ②在局域微观精细化监测方面,需大力发展基于物联网应用的大气环境监测传感器,实现污染源监测网络化;在宏观区域监测方面,创新地基遥感监测手段,获取更多的大气成分和气象参数(如水汽、气溶胶吸收、散射系数等),突破卫星和机载(航空平台、无人机)高光谱分辨率大气遥感关键技术,提升重污染天气下的观测能力(排放源辨识和区域传输直接观测),实现大气环境的立体化、智能化综合关联监测,为我国的环境科学研究、环境质量管理和环境外交提供科学技术和支撑.
[1] HEALD C change in global secondary organic aerosol concentrations in response to future climate,emissions,and land use change[J].Journal of Geophysical Research,2008,113:D05211.
[2] CAMPBELL J R,WELTON E J,SPINHIRNE J D, lidar observations of tropospheric aerosols over northeastern South Africa during the ARREX and SAFARI 2000 dry season experiments[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres,2003,108:8497.
文章来源:《大气与环境光学学报》 网址: http://www.dqyhjgxxb.cn/qikandaodu/2021/0211/360.html
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