讓大氣污染物無處可逃

該項目的研究有望突破大氣污染多平臺監(jiān)測中一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研發(fā)穩(wěn)定可靠的水汽時空探測激光雷達、大氣痕量氣體時空探測激光雷達、細粒子車載走航觀測系統(tǒng)等，并在項目實現(xiàn)期間進行相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

在9月的G20峰會上，杭州向全世界遞交了一張搶眼的城市名片，繼北京“APEC 藍”之后，杭州“G20藍”又走紅大江南北。

然而，在杭州“G20藍”的背后有一支大氣保障團隊卻鮮為人知，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機械研究所（以下簡稱安徽光機所）就是團隊成員之一，他們重點研究了揮發(fā)性有機物（VOCs）對區(qū)域環(huán)境的影響，與其他單位一起完成了杭州以及周邊區(qū)域污染物控制和預(yù)警預(yù)報的任務(wù)，像火眼金睛一般，對大氣污染物明察秋毫。

日前，安徽光機所特聘研究員周斌在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時稱，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院作為牽頭單位，啟動了國家重點研發(fā)計劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”專項中的重大項目“大氣污染多平臺一體化監(jiān)測技術(shù)”，項目的一些現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)在G20峰會期間參與實驗，取得了不錯的成效。

多家單位協(xié)同攻關(guān)

“大氣污染多平臺一體化監(jiān)測技術(shù)”項目會聚了中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院、中科院大氣物理研究所、中科院遙感與數(shù)字地球研究所、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、重慶市環(huán)境監(jiān)測中心、中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院、上海環(huán)境監(jiān)測中心、四川省環(huán)境監(jiān)測總站、無錫中科光電等長期從事區(qū)域大氣污染相關(guān)研究的優(yōu)勢單位。

在研究團隊中，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院負責項目總體設(shè)計，并將承擔地基和車載激光雷達、成像差分吸收光譜技術(shù)（DOAS）的研發(fā)，以及衛(wèi)星對地觀測等研究任務(wù)，復(fù)旦大學(xué)則承擔被動多軸差分光學(xué)吸收光譜儀（Max - DOAS）的研制和污染物近地面發(fā)布廓線反演算法研究；上海交通大學(xué)和無錫中科光電承擔無人機觀測平臺研發(fā)及走航觀測任務(wù)；中科院大氣物理研究所和上海市環(huán)境監(jiān)測中心承擔利用飛艇和浮空器研究大氣污染物的近地面分布研究；中科院遙感與數(shù)字地球研究所承擔衛(wèi)星對地觀測反演算法優(yōu)化研究；重慶市環(huán)境監(jiān)測中心、中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院和四川省環(huán)境監(jiān)測總站承擔天空地一體化觀測技術(shù)在成渝地區(qū)示范研究。

周斌領(lǐng)銜的項目研究團隊一共有48人，平均年齡不到35歲，團隊成員雖然年輕但已經(jīng)在多個項目中挑起大梁。其中，安徽光機所研究員張?zhí)焓嫠谡n題組曾從零起步研制出氣體激光雷達，把原有的國外設(shè)備都替換下來。

項目團隊將研發(fā)基于光學(xué)遙感技術(shù)的立體觀測體系，為觀測網(wǎng)絡(luò)提供基準數(shù)據(jù)分發(fā)和校驗服務(wù)，解決目前大氣環(huán)境觀測網(wǎng)絡(luò)缺乏高精度基準數(shù)據(jù)的問題，實現(xiàn)對觀測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的在線數(shù)據(jù)質(zhì)控。

團隊還將攻克高時空分辨率的車載和無人機走航觀測關(guān)鍵技術(shù)，通過多平臺多角度的區(qū)域掃描技術(shù)，獲取城市尺度垂直、水平、任意斜程或閉合路徑上的大氣污染時空剖面，實時探測城市尺度大氣污染生消過程和發(fā)展趨勢。

因地制宜發(fā)揮所長

當前，我國缺乏區(qū)域污染的時空分布變化信息，尤其在復(fù)雜地形條件下，難以對區(qū)域、跨境大氣環(huán)境的現(xiàn)狀和變化趨勢給出全面、清晰的分析。

據(jù)周斌介紹，該項目主要針對我國復(fù)雜地形條件下大氣污染成因這一重大科學(xué)問題，以立體監(jiān)測技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范為主要研究內(nèi)容，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列化立體觀測設(shè)備并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

項目的研究成果將在成渝地區(qū)進行示范應(yīng)用，該地區(qū)的地形地勢復(fù)雜、氣象條件和污染源排放殊異。周斌解釋說，在這里開展大尺度多環(huán)境要素的高時空分布、高精度準確監(jiān)測技術(shù)方法研究，有利于培育和發(fā)展大氣環(huán)保產(chǎn)業(yè)，提升我國自主產(chǎn)品的市場占有率，支撐國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

科研團隊主要針對成渝地區(qū)復(fù)雜的地形與氣象條件，立足于大氣遙感的反演機理，利用地基遙感、探空等多源觀測數(shù)據(jù)填補關(guān)鍵信息的空白，發(fā)展更高空間分辨率的反演算法，聯(lián)合反演氣溶膠光學(xué)性質(zhì)和理化特性。

周斌說：“我們首次將天空地一體化立體觀測技術(shù)體系應(yīng)用于區(qū)域環(huán)境管理，獲得復(fù)雜地形大氣污染高質(zhì)量探測數(shù)據(jù)，為深入理解成渝地區(qū)復(fù)合污染形成和發(fā)展機制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。”

此外，該項目的研究有望突破大氣污染多平臺監(jiān)測中一系列關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研發(fā)穩(wěn)定可靠的水汽時空探測激光雷達、大氣痕量氣體時空探測激光雷達、細粒子車載走航觀測系統(tǒng)等，并在項目實現(xiàn)期間進行相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

“我們預(yù)期實現(xiàn)5000萬元以上產(chǎn)值，為業(yè)務(wù)部門提供穩(wěn)定成熟的高端產(chǎn)品，為相關(guān)研究機構(gòu)提供先進探測技術(shù)和設(shè)備。”

建設(shè)立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

周斌表示：“建立、健全規(guī)范化、統(tǒng)一化的立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)成為大氣污染及成分監(jiān)測的迫切需求與必然趨勢，發(fā)展天地空一體化的立體觀測技術(shù)能很好適應(yīng)當前對大氣環(huán)境監(jiān)測的需求。”

其中，地基遙感觀測采取自下而上的觀測方法，可以有效對大氣對流層，特別是污染嚴重的大氣邊界層內(nèi)的多種污染成分進行連續(xù)觀測，“已經(jīng)成為當今大氣綜合觀測中不可或缺的一種技術(shù)。”周斌說。

空基平臺無人機具有視域廣、靈活機動、飛行高度可控、定點與巡航相結(jié)合的時空觀測連續(xù)等特點，能迅速收集不同時間、不同地點、不同高度的大氣污染物濃度的連續(xù)數(shù)據(jù)。

基于天基平臺的大氣成分的衛(wèi)星遙感探測技術(shù)，則是在區(qū)域尺度上實現(xiàn)顆粒物和氣體污染物的觀測，與地基和空基探測平臺互為補充。

“依靠單一的觀測手段和方法，無法實現(xiàn)大氣污染過程的全面觀測。”周斌指出，“因此需要開展多尺度大氣污染過程中的天空地一體化實時觀測技術(shù)研究及示范。”