数字立体监测仪

近期，&ldquo 2014年雾霾立体监测与预警应用学术研讨会&rdquo 在无锡召开。本次学术研讨会由国家环境光学监测仪器工程技术中心、中国仪器仪表学会环境与安全检测仪器分会联合主办，中科院安徽光学精密机械研究所、无锡中科光电技术有限公司承办。来自中国环境监测总站、中国气象局、中国环境科学研究院、北京大学、复旦大学、南京信息工程大学、暨南大学、中国科学院大气物理研究所、遥感与数字地球研究所、城市环境研究所、多地省市环境监测站及气象局业务部门的两百余位专家学者参加了本次研讨会。 　　在会上，与会专家学者共同研讨了当前雾霾立体监测与预警面临的新任务、新问题、新机遇；交流了该领域的新技术、新装备、新进展。围绕雾霾监测与预警的发展需求及质量控制、标准体系现状与进展，厘清了我国雾霾立体监测技术与应用在技术路线、重点产品、质量控制、标准建设未来发展的方向和策略，以促进环境监测技术对环境管理的支撑作用和产业发展。 　　会议由中科院安徽光机所刘建国所长主持，特邀嘉宾中国工程院魏复盛院士、中国环境监测总站李国刚副站长致开幕词，与会专家汇报了各自研究的成果与进展。特邀嘉宾中国工程院刘文清院士报告了&ldquo 区域大气污染立体监测技术与应用案例&rdquo ；北京大学环境科学与工程学院副院长邵敏教授报告了&ldquo 大气复合污染防控中的VOCs研究需求&rdquo ；中国气象局大气成分观测中心张晓春主任报告了&ldquo 中国气象局环境气象观测业务及其发展需求&rdquo ；中科院大气边界层物理和大气化学国家重点实验室主任王自发研究员报告了&ldquo 嵌套网格空气质量预报模式NAQPMS自主研制与应用&rdquo ；复旦大学环境科学与工程系主任杨新教授报告了&ldquo 单颗粒气溶胶质谱对污染过程的动态分析&rdquo ；中科院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室副主任陈良富研究员报告了&ldquo 空气质量卫星遥感监测技术进展&rdquo ；上海市环境监测中心伏晴艳总工报告了&ldquo 基于系留气球的大气环境垂直观测研究&rdquo ；中国环境监测总站潘本锋高工(代)报告了&ldquo 颗粒物激光雷达在大气复合污染(灰霾)中的应用&rdquo 等。 　　会议期间，与会专家领导参观了无锡中科光电技术有限公司陈列于会场展示区的偏振气溶胶激光雷达、微波辐射计等雾霾立体监测系统核心设备，对该类国产设备给予了极高的关注及好评，殷切期望中科光电等国内企业，以气象、环保业务需求为导向，不断进取，推动大气环境立体监测产业的蓬勃发展。

在位于山东省济南市槐荫区的“黄河河务局”点位，记者看到高大的铁塔顶端探出了一根横梁，温室气体采样头就固定在上面，距离地面大约50多米。山东省济南生态环境监测中心（以下简称山东省济南中心）预报室副主任付华轩告诉记者：“黄河河务局点位属于济南市高精度温室气体自动监测网，配置高精度二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧化亚氮、气象参数监测设备，可实现对空气中温室气体的实时高精度自动监测，于今年1月建成并与中国环境监测总站完成数据联网，由山东省济南中心负责日常管理，监测数据上传中国环境监测总站。”据悉，像这样的温室气体高精度监测站点，济南市已建成8个。济南市通过利用高塔高精度监测、中精度监测、卫星遥感、无人机、走航、地基遥感和手工监测等多种方式，实现温室气体“天空地”一体化立体监测。山东省济南中心党委书记、主任潘光对记者说：“济南市自2021年9月承担碳监测评估试点工作以来，投资近4000万元，初步建成温室气体‘天空地’一体化立体监测网络，创新开展重点区域、重点污染源温室气体多维立体协同观测，点面结合、动静结合，实现对温室气体全市域、多指标、长时间智能跟踪监测，科学支撑济南市碳减排工作成效评估和降碳增汇潜力预测。”开展地面大气主要温室气体浓度监测，支撑城市碳排放核算校验山东省济南中心综合室主任王兆军告诉记者：“济南市开展城市温室气体监测评估工作的主要目标，就是通过开展地面大气主要温室气体浓度监测，探索自上而下的碳排放反演方法，初步形成技术指南，做好可推广、可应用、可示范的技术储备，为城市碳排放核算结果提供校验参考。”为加快推进碳监测评估试点工作，济南市成立了碳监测评估试点工作领导小组和技术小组。其中，技术小组由技术支持单位中国环境监测总站、生态环境部卫星环境应用中心、中国科学院大气物理研究所、山东省生态环境监测中心等单位的专家和山东省济南中心技术骨干组成，对试点工作关键内容如技术路线、项目招标等，持续加强技术研讨，做好技术支撑。山东省济南中心碳监测工作专班成员、综合室副主任刘杨告诉记者：“碳监测工作专班建立了‘围绕一个中心目标，开展四项基本工作，建立一个技术支撑体系，形成一个业务化工作机制’的相对清晰、完善的技术路线。”据了解，“一个中心目标”就是支撑城市碳排放核算校验，科学评估城市碳减排工作成效及降碳增汇潜力；“四项基本工作”是开展大气主要温室气体浓度与通量监测，编制“自下而上”高空间分辨率温室气体清单，开展生态系统碳汇、碳储量调查与监测，开展“自上而下”碳排放同化反演；“一个技术支撑体系”是建立城市“天空地”一体化碳监测评估技术支撑体系；“一个业务化工作机制”是持续开展“业务化”碳监测评估工作，服务支撑“双碳”战略目标实施。加大温室气体中精度和高精度监测力度，深化数据分析围绕“测什么？在哪测？怎么测？”三个问题，济南市坚持“摸着石头过河”，着力探索碳监测评估试点的“济南经验”。在山东省济南中心院内，一辆车顶戴着方盒“帽子”、标注着“生态环境走航监测”字样的走航车格外引人关注。进入走航车，记者看到车里配置有高精度CO2/CO气体分析仪等，能够实时捕捉多项污染物的高值及其他异常情况，查溯污染源。山东省济南中心生态与遥感室副主任杨晓钰对记者说：“我们充分发挥卫星遥感、地基遥感、无人机、走航车各自优势，搭载温室气体监测仪、气象集成设备等，在高精度站点和重点工业园区范围内及周边开展协同监测，获取了二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧化亚氮、挥发性有机物的浓度情况和气象参数。通过将遥感数据算法反演结果与实时浓度监测结果进行比对校验，了解在局地平面涉及区域和垂直高度上的浓度分布；将碳立体遥感监测结果与高精度点位监测的结果进行比对，为济南市碳排放及通量的核算提供有效的数据支撑。”据了解，济南市与中国科学院大气物理研究所签署碳中和战略合作框架协议，率先引进研究所自主研发的二氧化碳中精度监测设备，目前，已建成20个二氧化碳中精度监测站点和35个甲烷中精度监测站点。中精度监测结果为探究济南市二氧化碳浓度时间和空间分布特征提供第一手资料，规划建设的9个温室气体高精度监测站点目前已经建成8个。上万次测试寻找最优解，精准分析温室气体组分走进山东省济南中心的中心实验室，只见一个个装有温室气体样本的银色“苏玛罐”整齐排放着。拿起一个“苏玛罐”，工作人员娴熟地用扳手将其安装到自动进样器上，再通过气相色谱仪，就能够准确检测出样本中含有的5种温室气体。一次进样，同时分析CO2、CH4、N2O、SF6、CO共5种气体组分，山东省济南中心创新研究的这种温室气体仪器分析方法在全国处于领先水平。温室气体手工监测实验平台也成为国内首家能够对5种温室气体同时进行分析的手工监测实验室。采用气相色谱法达到高精度要求非常困难，没有现成的手工监测经验可以借鉴。中心实验室高级工程师葛璇对采样过程和每一个分析条件进行了上万次测试和条件优化，才摸索出了气相色谱法测定温室气体更为精准的分析方法，并与高精度监测设备比较，达到高精度误差分析要求。济南市还自我加压，创新做实做优“自选动作”。在重点行业企业试点开展温室气体自动监测，并依托现有环境监测监控平台，开发温室气体管理模块，实现温室气体数据自动联网传输。同时，创新开展重点行业基于排放因子法和在线监测法CO2排放量的核算校验工作，探索建立重点行业温室气体排放因子。山东省济南中心监控与统计室主任闫学军告诉记者：“我们依据不同行业特点和企业现有烟气排放连续监测系统现状，设计了‘原有设备软硬件升级’等3种不同的改造路径，最终在生活垃圾焚烧、火电、碳素、钢铁4个行业完成了10家企业25个点位的温室气体连续自动监测。固定源温室气体连续自动监测工作的开展，为企业温室气体排放量的核算提供了一种新的方法，为企业温室气体排放管理提供重要的数据支持。”此外，为推动碳污协同管控，济南市将常态化污染源清单编制工作与温室气体清单编制一同推进。编制完成2020年、2021年济南市温室气体排放清单，并完成1km×1km网格化分配，明确了温室气体区域和行业排放特征。引入中国科学院大气物理研究所的两套城市碳同化系统，具备城市尺度1km逐小时的碳同化能力；积极协调国家超级计算济南中心服务器资源，完成同化反演系统的本地化安装调试，初步得到了碳排放同化反演结果。

2023年5月15日，杭州大气光化学立体走航监测车在杭州市上城区实现首航。该车为国内首台协同整合臭氧激光雷达与飞行时间质谱的立体走航监测车。采用江铃福特全顺新时代V348车型，车内搭载了质子转移反应飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）、臭氧激光雷达（第三代激光雷达技术）、环境空气微站、气象监测仪、车载校准及质控系统和复合走航监测分析软件平台，可实现对大气VOCs和O3等污染指标的实时走航监测及数据分析。车内臭氧激光雷达和VOCs质谱组成多尺度协同走航监测体系，臭氧激光雷达关注区域尺度的传输沉降，VOCs质谱关注精细化源排放，二者相互印证与补充，通过三维同化模型，将走航数据进行多元融合，实现时间、空间和污染成分之间的协同监测和分析。以一次污染过程为例，结合空气质量预报结果，臭氧雷达可以快速了解臭氧污染的宏观分布和输送状况，分析人员针对臭氧高值区和传输方向，结合本地污染源情况，确定走航调查的重点方向、重点区域。同时利用VOCs质谱仪器在确定区域内进行精细化（几十米至百米级）、网格化走航，抵近侦查。通过这种多种尺度协同监测，更高效排查污染源排放，微观与宏观相结合，实现源头查的准、排放定位快，问题说得清。本次走航共发现2个VOCs高值点，疑似与沥青铺路、加油站污染排放有关，相关疑似污染点已反馈给属地环保分局。下一步，浙江省杭州生态环境监测中心将充分发挥大气光化学立体走航监测车快速、立体、多尺度的监测优势，加大亚运场馆周边及重点区域、行业、企业等涉VOCs污染源走航排查力度，助力精准执法、科学执法，为杭州亚运保驾护航。