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

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

2、探測仍然以定點探測為主，而基于機載與星載平臺的探測主要被用于大范圍區(qū)域的研究。對于較小的區(qū)域范圍內(nèi)由人為活動產(chǎn)生的顆粒物濃度時空分布和輸送規(guī)律的探測研究，基于地基站點和車載平臺的定點激光雷達監(jiān)測網(wǎng)和適用于大區(qū)域的監(jiān)測平臺都難以獲得有效的高分辨率的監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)果。
　　基于車載激光雷達的大氣顆粒物走航探測技術(shù)是在激光雷達探測技術(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)測的技術(shù)方法。該車載激光雷達系統(tǒng)不僅是將優(yōu)化后的地基激光雷達系統(tǒng)放置在車輛這個移動觀測平臺上，還增加了GPS定位系統(tǒng)，用于記錄車輛移動觀測過程中的經(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應(yīng)的消光系數(shù)廓線結(jié)合，就能獲得車輛移動路徑上的顆粒物空間立體分布。
　　本文中提出的基于車載平臺的激光雷達系統(tǒng)，能夠快速轉(zhuǎn)移監(jiān)測地點，實現(xiàn)對突發(fā)污染事件的應(yīng)急監(jiān)測;除定點探測模式外，該車載激光雷達系統(tǒng)還具有移動走航探測模式，不

4、僅能夠快速精確獲取大氣顆粒物沿測量路徑的分布剖面，研究大氣顆粒物的時空分布特征，識別區(qū)域污染輸送通道和污染源，還能量化顆粒物輸送量，評估區(qū)域大氣顆粒物污染輸送對城市重污染形成的影響。
　　本文利用車載激光雷達系統(tǒng)，開展了區(qū)域大氣顆粒物移動走航探測研究，快速獲取大氣顆粒物沿測量路徑的分布剖面，用于驗證空氣質(zhì)量模型預(yù)報的準確性，實現(xiàn)重污染過程中顆粒物生消過程的快速實時觀測。該車載激光雷達系統(tǒng)還與其他儀器測得的PM2.5質(zhì)量濃度和風(fēng)場等

5、數(shù)據(jù)結(jié)合，對顆粒物空間立體分布特征和輸送通量等方面進行了探測研究，本文針對京津冀地區(qū)開展了區(qū)域大氣顆粒物的立體觀測，詳細研究了利用車載激光雷達獲取顆粒物質(zhì)量濃度分布廓線和區(qū)域輸送通量的方法。其中主要討論了相對濕度對PM2.5質(zhì)量濃度與消光系數(shù)間轉(zhuǎn)換關(guān)系的影響，建立了以相對濕度為分段標準的PM2.5質(zhì)量濃度與消光系數(shù)的分段轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)了PM2.5質(zhì)量濃度垂直分布廓線的實時有效探測。并在利用車載激光雷達獲取顆粒物質(zhì)量濃度分布廓線的基礎(chǔ)之上

6、，采用車載激光雷達閉壞走航觀測和共軛觀測等方式，開展了區(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載激光雷達走航探測技術(shù)獲取區(qū)域顆粒物輸送量的方法。車載激光雷達走航觀測數(shù)據(jù)與WRF模式模擬的風(fēng)場數(shù)據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)了閉環(huán)路徑上大氣顆粒物輸送通量的快速實時監(jiān)測。此外，論文還詳細說明了車載激雷達在區(qū)域大氣顆粒物污染監(jiān)測中的應(yīng)用，包括快速測定大氣顆粒物分布剖面，驗證空氣質(zhì)量模型預(yù)報的準確性，實現(xiàn)顆粒物污染生消過程中污染團的追蹤探測，評估