联网激光雷达的观测性能综合平行比对

激光雷达以其高精度的探测能力在大气污染研究中得到了广泛应用。由于生产厂家和反演算法等的差异,激光雷达观测数据的质量参差不齐。笔者利用2013年11月和2014年3月2种不同型号激光雷达(高频激光雷达和微脉冲激光雷达) 532 nm波段的气溶胶消光系数和气溶胶自动观测网(AERONET)光学厚度数据,对2部雷达在不同空气质量下的观测性能进行综合对比。结果表明:2部雷达在不同空气质量条件下探测效果不同,空气质量为优和良时,2部雷达的消光系数比较一致,偏差主要在1 km以下;随着污染加剧,2部雷达在1 km以下的偏差先减小后增大,1 km以上的偏差随高度增大。与AERONET的光学厚度相比,高频激光雷达在轻度污染和严重污染时相对误差较小(3. 23%和26. 75%);微脉冲激光雷达在良和轻度污染时相对误差较小(40. 00%和25. 81%)。2部雷达设备的差异和重污染时不利的气象条件是影响雷达表现的重要原因。该研究作为全国激光雷达联网的前期工作,为全国激光雷达数据的综合应用提供了参考。     

京津冀地区一次污染过程的星载地基激光雷达联合观测分析

针对2018年3月9—15日京津冀地区的一次空气重污染过程,进行了基于地基颗粒物激光雷达组网的星载-地基联合观测分析。颗粒物激光雷达观测到污染前期为局地污染累积过程,中期有明显的污染物区域传输过程,北京受太行山沿线城市污染输送影响较大。风廓线激光雷达观测结果表明:此次污染过程近地面主要为偏南风且风力较弱,冷空气到来时风向转为较强东北风,导致污染消散。微波辐射计观测到保定在污染过程中出现持续6 d的逆温层,同时在污染过程中近地面相对湿度较高,逆温层被打破后污染开始消散。在污染过程的各个阶段中,污染团的空间分布与变化特征均被很好地反映出来,可见地天联合观测对污染物的累积与输送研究有较大的意义,能对京津冀及周边地区的大气污染联防联控提供有力支持。     

北京城区夏季静稳天气下大气边界层与大气污染的关系

利用ALS300激光雷达系统测量的信号,根据Fernald方法反演的气溶胶消光系数的最大突变即最大递减率的高度确定大气边界层高度.结果表明:在夏季静稳天气下,大气边界层平均高度为600 m,其中晴天为1 000 m,雾天为700 m,阴雨天在200～300 m之间.静稳天气下的大气边界层不容易被有效突破,故不利于大气污染物扩散.大气边界层高度对污染物浓度影响显著,没有降雨时,大气边界层降低(400 m),大气污染加重,在城区宝联站监测的ρ(PM2.5)近200μg/m3,在大气本底站———上甸子站近150μg/m3;如果伴有降水,大气边界层高度升至600 m,大气污染则减轻,2个站点观测的ρ(PM2.5)均降至50μg/m3以下.静稳天气下的大气污染呈现区域性特点.     

利用微脉冲激光雷达分析上海地区一次灰霾过程

通过分析2008年6月至2009年5月期间浦东新区灰霾天气出现的特征,并以2008年12月19日至2008年12月21日一次典型的灰霾天气过程为例,利用激光雷达(Light laser detection and ranging,简称Lidar)数据资料反演得到气溶胶消光系数及其强度图和廓线图,结合地面气象数据和气溶胶观测资料,分析了此次灰霾天气形成的原因.一年的观测资料表明,上海地区冬季和春季易产生灰霾天气,冬季出现重度霾最多,秋季和夏季灰霾天气较少.较弱的太阳辐射以及静风、小风是导致灰霾天气发生的重要原因,且高湿度的霾天气对能见度影响更大.大气边界层(以下简称边界层)高度变化决定着灰霾天气发生的强度,当边界层高度在1km左右时,易发生轻微霾天气,当边界层高度降至600m左右时,易发生中度、重度霾天气,而太阳辐射强度变化决定着边界层高度的变化.轻微霾天气下,大气气溶胶垂直分布最强消光值约为0.15km-1,而重霾天气下可达0.30km-1以上.本次霾过程还受地面颗粒物排放的影响,主要是PM1和PM2.5,且在消光作用中散射性气溶胶的贡献大于吸收性气溶胶.轻微霾天气下PM2.5浓度为50μg·m-3,黑碳浓度为5000ng·m-3,浊度为200Mm-1,而重度霾时则分别达到200μg·m-3、24000ng·m-3和1400Mm-1.随着此次霾的出现,整层大气气溶胶光学厚度(AOD,550nm)不断增加,在重度霾时达到0.6左右,Angstrom指数在重度霾时显著降低,表明有大颗粒物导入,说明此次重度霾天气的发生还与气溶胶的输送有关.     

Models3在北京地区PM_(10)模拟应用中的三维系统检验

为研究北京地区大气PM10的变化规律和三维空间结构,文章基于Models3/CMAQ空气质量模式,利用北京及周边省市详细调查的污染源数据,采取双层网格嵌套技术建立起适用于北京及周边地区的大气PM10数值模拟系统。为了检验该模式系统的准确性和可靠性,文章将模拟结果与北京市城近郊区7个地面站近2500h的逐时地面监测数据以及一次典型污染过程的激光雷达垂直观测记录分别进行了对比分析,结果表明,该模式系统较好的反映了北京地区PM10浓度三维时空分布特征,是研究华北地区复杂地形下大气PM10传输及演变规律的一个有效工具。     

基于小光斑激光雷达数据的稀疏林地冠层高程重建

探讨在稀疏林地的条件下,利用小光斑激光雷达获取的多次回波点云数据估算冠层高度,研究不同的高度重建方法包括反距离权重、样条插值以及普通克里格等方法的冠层和地面高度重建的精度。研究发现,在地面和林冠层,不同的重建方法的表现是不一样的,其中样条方法在冠层重建中的精度较高,误差绝对值的平均值为0.95m,并且整体偏差也较小,方差为3.42。而在地面高程重建则是普通克里格方法具有较小的误差,误差绝对值的平均值为0.35m,而样条方法的整体偏差要优于其他两种方法,方差为0.48。经过综合考虑,利用样条方法重建的冠层高程和普通克里格方法重建的地面高程实现了实验区冠层高度的提取。     

车载激光雷达对北京地区边界层污染监测研究

介绍了自行研制的车载差分激光雷达AML-2探测原理及技术参数,于2006-08、2006-09在不同天气因素条件下对北京西南郊榆垡地区大气边界层污染物O3、NO2、SO2进行了实时监测,对比分析了3种污染物浓度垂直分布及日变化特征.结果表明,无外来污染输送时,3种污染物在阴雨天气总体浓度较小,O3和NO2浓度随高度升高而减小,SO2浓度垂直分布少见此特征,但在近地面0.6 km左右有较强SO2污染层.南部气流输送对北京地区大气环境影响明显,2006-08-23～2006-08-25这次强污染气流输送高度约1～1.5 km,3种污染物浓度垂直分布及日变化特征受到干扰,北京榆垡地区边界层O3、NO2、SO2总体浓度明显上升.     

高速公路汽车追尾预警系统的开发研究

对高速公路汽车追尾预警系统进行了总体设计,把系统划分为主控单元、雷达测距单元、信息采集单元、显示-声光报警单元4个子系统。在分析汽车动力学基础上,提出了系统安全距离模型,并对各子系统进行了软、硬件设计。通过模拟试验和实际装车实验,验证了系统所要求的各种性能,雷达测距准确,系统报警及时有效.     

重型柴油车车载排放实测与加载影响研究

采用车载排放测试仪,对2辆重型柴油卡车在空载和加载条件下进行实际道路车载排放测试.通过分析获得了油耗与排放速率的速度-加速度及其工况点的分布,发现高油耗与高排放工况点主要集中在高速加速区域,加载时油耗与排放高值随工况点分布更广;车辆在(30±2.5)km·h^-1等速及加速行驶时受加载影响最大,此时加载油耗与排放约是空载的1.6～3.2倍左右;由实测结果发现,卡车Ⅰ和卡车Ⅱ加载时油耗及CO、HC、NO_x排放因子分别是空载的1.6倍、3.5倍、1.1倍、1.5倍以及1.2倍、1.0倍、0.9倍和1.5倍,加载对油耗与NO_x排放影响最为明显,对HC影响最小,CO影响取决于车辆保养水平;卡车Ⅱ较卡车Ⅰ车型更大,发动机功率更高,相同荷载时受加载影响较小,说明重型车在发动机负荷可承受的范围内合理装载,有助于避免油耗与排放恶化,提高燃油经济性和排放水平.     

重型国六在用柴油车劣化排放特性研究

基于车载排放测试(PEMS)和加载减速法(Lugdown)测试对一辆采用废气再循环(EGR)结合选择性催化还原(SCR)+催化氧化器(DOC)+颗粒捕集器(DPF)技术路线的国六在用柴油车进行部件劣化模拟排放研究。结果表明：EGR或SCR劣化后氮氧化物(NO_x)排放均明显恶化，DPF劣化后粒子数量(PN)排放明显升高，任一部件的劣化都无法达到国六排放水平。PEMS对劣化后排放最敏感，总通过率仅为28.6%,Lugdown测试的总通过率高达100.0%,而车载诊断系统(OBD)检查只有在载体泄露时未能有效识别并报出故障，总通过率为42.9%。可见，Lugdown测试已难以对重型国六在用柴油车进行有效的排放监督。