基于車(chē)載激光雷達(dá)的大氣顆粒物走航探測(cè)技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，城市化進(jìn)程的加快，使大氣顆粒物污染成為我國(guó)面臨的不可忽視的主要問(wèn)題之一。區(qū)域大氣顆粒物污染問(wèn)題對(duì)人體健康、大氣能見(jiàn)度和氣候變化等方面都有重要影響。因此，對(duì)大氣顆粒物的探測(cè)研究具有重要意義。
　　激光雷達(dá)是探測(cè)顆粒物時(shí)空分布特征的有力工具，能通過(guò)測(cè)量發(fā)射激光束與大氣中顆粒物相互作用的后向散射信號(hào)反演不同高度處的氣溶膠消光系數(shù)，為探測(cè)顆粒物的時(shí)空變化提供了有效數(shù)據(jù)。但到目前為止，在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展的相關(guān)研究中，基于車(chē)載平臺(tái)的激光雷達(dá)

2、探測(cè)仍然以定點(diǎn)探測(cè)為主，而基于機(jī)載與星載平臺(tái)的探測(cè)主要被用于大范圍區(qū)域的研究。對(duì)于較小的區(qū)域范圍內(nèi)由人為活動(dòng)產(chǎn)生的顆粒物濃度時(shí)空分布和輸送規(guī)律的探測(cè)研究，基于地基站點(diǎn)和車(chē)載平臺(tái)的定點(diǎn)激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)網(wǎng)和適用于大區(qū)域的監(jiān)測(cè)平臺(tái)都難以獲得有效的高分辨率的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果。
　　基于車(chē)載激光雷達(dá)的大氣顆粒物走航探測(cè)技術(shù)是在激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)之上提出的一種適用于城市群區(qū)域大氣顆粒物污染探測(cè)的一種新技術(shù)，是首次提出的一種用于解決區(qū)域大氣顆粒物污

3、染監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法。該車(chē)載激光雷達(dá)系統(tǒng)不僅是將優(yōu)化后的地基激光雷達(dá)系統(tǒng)放置在車(chē)輛這個(gè)移動(dòng)觀(guān)測(cè)平臺(tái)上，還增加了GPS定位系統(tǒng)，用于記錄車(chē)輛移動(dòng)觀(guān)測(cè)過(guò)程中的經(jīng)緯度位置信息。由GPS定位系統(tǒng)獲取的經(jīng)緯度位置信息與其對(duì)應(yīng)的消光系數(shù)廓線(xiàn)結(jié)合，就能獲得車(chē)輛移動(dòng)路徑上的顆粒物空間立體分布。
　　本文中提出的基于車(chē)載平臺(tái)的激光雷達(dá)系統(tǒng)，能夠快速轉(zhuǎn)移監(jiān)測(cè)地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)污染事件的應(yīng)急監(jiān)測(cè);除定點(diǎn)探測(cè)模式外，該車(chē)載激光雷達(dá)系統(tǒng)還具有移動(dòng)走航探測(cè)模式，不

4、僅能夠快速精確獲取大氣顆粒物沿測(cè)量路徑的分布剖面，研究大氣顆粒物的時(shí)空分布特征，識(shí)別區(qū)域污染輸送通道和污染源，還能量化顆粒物輸送量，評(píng)估區(qū)域大氣顆粒物污染輸送對(duì)城市重污染形成的影響。
　　本文利用車(chē)載激光雷達(dá)系統(tǒng)，開(kāi)展了區(qū)域大氣顆粒物移動(dòng)走航探測(cè)研究，快速獲取大氣顆粒物沿測(cè)量路徑的分布剖面，用于驗(yàn)證空氣質(zhì)量模型預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)重污染過(guò)程中顆粒物生消過(guò)程的快速實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)。該車(chē)載激光雷達(dá)系統(tǒng)還與其他儀器測(cè)得的PM2.5質(zhì)量濃度和風(fēng)場(chǎng)等

5、數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)顆粒物空間立體分布特征和輸送通量等方面進(jìn)行了探測(cè)研究，本文針對(duì)京津冀地區(qū)開(kāi)展了區(qū)域大氣顆粒物的立體觀(guān)測(cè)，詳細(xì)研究了利用車(chē)載激光雷達(dá)獲取顆粒物質(zhì)量濃度分布廓線(xiàn)和區(qū)域輸送通量的方法。其中主要討論了相對(duì)濕度對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度與消光系數(shù)間轉(zhuǎn)換關(guān)系的影響，建立了以相對(duì)濕度為分段標(biāo)準(zhǔn)的PM2.5質(zhì)量濃度與消光系數(shù)的分段轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)了PM2.5質(zhì)量濃度垂直分布廓線(xiàn)的實(shí)時(shí)有效探測(cè)。并在利用車(chē)載激光雷達(dá)獲取顆粒物質(zhì)量濃度分布廓線(xiàn)的基礎(chǔ)之上

6、，采用車(chē)載激光雷達(dá)閉壞走航觀(guān)測(cè)和共軛觀(guān)測(cè)等方式，開(kāi)展了區(qū)域大氣顆粒物輸送量的估算研究，建立了閉合路徑下利用車(chē)載激光雷達(dá)走航探測(cè)技術(shù)獲取區(qū)域顆粒物輸送量的方法。車(chē)載激光雷達(dá)走航觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)與WRF模式模擬的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)路徑上大氣顆粒物輸送通量的快速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，論文還詳細(xì)說(shuō)明了車(chē)載激雷達(dá)在區(qū)域大氣顆粒物污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，包括快速測(cè)定大氣顆粒物分布剖面，驗(yàn)證空氣質(zhì)量模型預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)顆粒物污染生消過(guò)程中污染團(tuán)的追蹤探測(cè)，評(píng)估