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(Lightlaserdetectionandranging,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.     

利用偏振-米散射激光雷达研究广州一次浮尘天气过程

利用偏振-米散射激光雷达、颗粒物监测仪数据,结合风廓线等气象资料分析讨论了2012年3月25日广州浮尘天气气溶胶污染事件,通过气团后向轨迹分析了沙尘气溶胶的来源及路径.结果表明本次污染过程与我国西北地区大部沙尘暴产生的浮尘远距离输送有关;浮尘期间相对湿度迅速下降,测点PM10中PM2.5所占的比例在28%~31%之间,与广州地区以细粒子污染为特征不同,本次气溶胶污染事件主要是由粗粒子引起;影响近地面的沙尘层主要分布高度在1000~2000m区域;沙尘过境期间探测到气溶胶最大退偏比为0.34.     

基于激光雷达观测的青岛市暖季臭氧污染垂直分布特征

为探究暖季臭氧（O₃）污染垂直分布特征及其影响因素,利用差分吸收臭氧激光雷达和相干多普勒测风激光雷达等对青岛市沿海地区2023年6-9月大气边界层2 000 m以内O₃浓度和边界层风场开展长期连续观测,并基于O₃输送通量垂直分布揭示可能的污染来源。结果表明：（1）观测期间共发生O₃污染日24 d,O₃-8 h浓度（O₃日最大8 h平均浓度）平均值为（183±24）μg/m³;清洁日共98 d,O₃-8 h浓度平均值为（118±30）μg/m³。O₃污染过程多与升温过程密切相关,在较强太阳辐射和低相对湿度条件下更容易发生O₃污染。（2）垂直方向上O₃主要分布在1 000 m以下。清洁日各高度层日间和夜间O₃浓度变幅较小,污染日各高度层O₃浓度单峰型日变化特征显著,且日变化特征随高度升高而逐渐减弱。清洁日日间、夜间以及污染日夜间O₃浓度垂直廓线均存在峰值,峰值浓度分别为（115±3）(112±2)和（130±3）μg/m³,峰值高度范围为400～650 m,可能与近地面NO滴定效应等消耗O₃有关,也可能是残留层储存的日间高浓度O₃或残留层O₃水平输送导致,但污染日日间垂直廓线呈随高度上升而O₃浓度逐步下降的特征,表明近地面前体物光化学生成是O₃污染的主要来源。（3）当西北风和西南风更替、低空暖平流和较强下沉气流等大气条件发生时,有利于污染物累积和O₃生成,从而引发O₃污染。清洁日低空（近地面至600 m高度）受较为清洁的海洋气流影响,污染日受内陆方向气流影响。（4）污染日凌晨至上午受来自偏西、西南或西北上风向O₃水平输送影响,高空O₃伴随下沉气流向下混合,与本地排放前体物在日间高温、强太阳辐射等气象条件下生成的O₃叠加,从而加剧地面O₃污染,午后高浓度O₃在较高水平风速影响下也可能向下风向地区输送。研究显示,O₃污染防治不仅要做好本地前体物的精准管控,还要加强区域联防联控,从而实现空气质量持续改善。     

基于LiDAR点云的大型垃圾填埋场数字高程模型建模方法研究

为解决无人机巡检应用于生活垃圾填埋场堆体稳定性监测的技术难点,以国内华南地区最大的兴丰垃圾填埋场为研究对象,对其进行点云数据采集,采用径向基函数、最近邻域、不规则三角网、反距离加权方法4种方法建立数字高程模型,并通过对堆体阴影图、地形相关性、等高线图、最大排水长度图的模型参数分析,比选适宜于垃圾填埋场的点云采集与建模方法。结果表明:垃圾填埋场表面覆盖有反射方向性强的树脂类覆膜,对激光雷达射线的反射有明显的方向性,对无人机的可测试范围有较强的抑制作用。50 m航线高度下,需要航线间隔≤60 m才可保障高于100点/m²的数据采集量。在覆膜坡度较大区域,需布置单独的航线。比对建模及应用效果可知:不规则三角网方法综合性能最佳,地形高程精度偏差≤2 cm,可以较好地应对地形等高线绘制、流水流迹模拟等任务。     

基于激光雷达和超级站监测的一次沙尘过程分析

利用南京市气溶胶激光雷达网和草场门超级站监测数据,对2022年3月2—3日南京地区一次沙尘污染过程的垂直特征和地面PM_2.5组分变化进行了分析。结果表明,草场门、八卦洲和土桥3处点位的气溶胶激光雷达均观测到消光系数和退偏振比在凌晨至清晨时段有垂直分层现象,说明高空输入的沙尘气团位于城市污染气团上空,而此时地面PM_2.5组分以二次无机盐(硝酸盐、硫酸盐和铵盐)为主。中午前后,各高度的退偏振比及消光系数发生突变,主要是由高空输入沙尘和城市污染气团的垂直混合引起的。随着日间大气垂直交换的加大,PM_2.5中地壳物质的浓度均值和占比显著上升,其中浓度从3 μg/m³升高至5 μg/m³,占比从3%上升至10%。     

臭氧激光雷达技术及应用研究进展

差分吸收臭氧激光雷达是完善光化学立体监测体系的重要技术,因其高时空分辨率的廓线探测优势而得以迅速发展,目前已被广泛应用于对流层臭氧浓度的遥感探测。阐述了臭氧激光雷达的原理,归纳总结了雷达系统及关键技术的国内外最新研究进展,梳理了臭氧激光雷达在环境领域的应用现状,并基于我国城市臭氧污染问题现状和管理需求,初步探索设计了臭氧激光雷达监测网络业务应用的整体框架。指出了臭氧激光雷达技术及应用中存在厂家众多但缺乏统一的技术规范和行业标准,数据质量及准确性有待提高,与标准分析方法产生数据的可比性较差等不足之处;提出了核心部件国产化,系统小型化、自动化及商用化,多平台以及与其他监测方式联用等发展趋势。     

我国中东部不同地区冬季颗粒物垂直分布的车载移动观测

利用中山大学环境气象综合观测车（载有3D可视型激光雷达、多普勒风廓线激光雷达、转动拉曼温廓线激光雷达）于2018年冬季在全国范围内（厦门-北京）的走航观测资料,对我国中东部不同地区和城市的边界层结构以及颗粒物分布特征进行了研究.结果表明：①在从南向北走航的过程中,边界层内各个高度的温度以及边界层高度呈下降趋势.②不同高度发生颗粒物污染的气象成因有所差别,其中1000 m高度左右发生颗粒物污染的主要成因是较高的水平风速将周围地区的颗粒物输送过来而导致;500 m及近地面附近发生颗粒物污染主要是由水平风速较小导致局地来源的颗粒物堆积以及上游地区颗粒物的输送两者共同作用.③逆温结构和上升气流会导致颗粒物在边界层顶堆积,而下沉气流使得颗粒物由在某一高度堆积扩散至整层均匀分布.     

气象激光雷达的城市边界层探测

为了研究城市边界层结构变化特征,2005年7月利用气象激光雷达在南京城区做了城市边界层探测试验,就此次观测试验作了简要叙述并选取部分观测资料为示例,着重对气象激光雷达确定城市边界层高度垂直分布及逐时变化以及地面气象环境对边界层的日变化影响进行了初步分析.结果表明,主要由近地层对流混合形成的城市边界层高度具有典型的日变化特点,早晚比较低,日间有一个从低到高再到低的变化过程.提出了一种由边界层混合状态确定边界层高度的方法.分析结果表明,由气溶胶消光系数确定城市边界层高度比较准确.将MSL探测结果与同步的低空无线电探测仪的温度探测结果进行比较,结果表明,两者获得的实际廓线分布相当吻合,线性良好.就地表温度、辐射、湿度及云等气象要素对边界层垂直分布及时间变化的影响做了分析.结果表明,这些气象要素的分布对城市边界层高度的垂直分布及其逐时变化有明显影响.     

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.     

偏振激光雷达在沙尘暴观测中的数据解析

阐述了日本国立环境研究所(NIES)研制的双波长偏振激光雷达的工作原理和主要工作参数,探讨了激光雷达方程在沙尘暴监测中的应用条件,并对激光雷达获取的各种信息进行直观图视化处理.分别用光学强度、后向散射强度、退偏振率、消光系数以及双波长信号比等对沙尘天气的污染特征进行了解析,并对垂直方向沙尘浓度的分布进行了计算.研究表明:退偏振率大于10%时,即可判断为沙尘天气;双波长信号比(P(1 064)/P(532))大于0.4,则表示该期间为沙尘天气;利用消光系数表示气溶胶浓度时,NIES激光雷达观测沙尘气溶胶消光系数超过0.3 km-1(ρ(TSP)约为500　μg/m3),且持续时间超过3　h的沙尘天气现象即可判断为一次沙尘事件.根据激光雷达特有物理量对沙尘气溶胶的不同判定标准,对沙尘事件的强度、持续时间、沙尘云厚度以及沙尘天气的污染特征进行了解析和探讨.