气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用

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气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用
李佳
关键词:金属钝化剂气溶胶激光雷达;颗粒物;大气环境监测;车载激光雷达
引言
自改革开放以来,我国工业发展水平逐渐上升,人们由于过于追求生活水平质量而忽略了生态环境的保护,导致大气污染破坏严重,对人们生活和健康产生极大威胁。若想解决大气污染所带来的问题,就必须从大气污染主要的根源入手,制定合理的对策及方案,在不耽误人们正常工业生产和发展的同时也能有效整治大气污染给人们生活所带来的影响和威胁,为人类赖以生存的环境提供保障,实现工业和大气生态环境的可持续发展。
1环境监测的运用范围以及概念
环境监测工作将作为大型污染治理工作良好开展的核心依据。形成大气污染的因素较多,不仅有生活污染排放,还有工业污染排放,常见的污染物主要为硫化物、含体粉尘物质等。
而环境监测主要运用专业仪器及科学化监测方式,对于制定区域内部大气成分以及相应指标进行实时监测。环境监测不仅能够对于大气环境开展实时控制,及时对大气环境异常进行预警,还能够通过对于污染物的测算分析,计算出污染源以及污染因素,以帮助相关部门展开大气污染治理以及防范工作,保障治理工作的合理性。
2激光雷达构成及原理
激光雷达是获得物质空间垂直分布的有效遥感技术[5 − 6],其利用大气气溶胶、云等对激光的散射特性,以激光为光源,将产生的后向散射信号被光学系统接收,经反演确定气溶胶分布特征。激光雷达的主要构成包括激光发射单元、接收光学单元、后继光学单元、信号探测与采集单元、运行控制单元等,其中激光发射单元包括激光器和发射光学元件,接收光学单元多采用望远镜。激光雷达按运载平台可分为地基固定式、车载式、机载式和星载式,以地基固定式和车载式为主。目前应用广泛的气溶胶(颗粒物)激光雷达包括微脉冲激光雷达、双波长激光雷达和多波长激光雷达等。由于对激光雷达的称呼未规范,气溶胶激光雷达或颗粒物激光雷达一般也简称为激光雷达。
3我国大气污染现状
我国近年来由于工业生产发展规模迅速,消耗能源数量巨大,再加之我国由于工业水平还有一定欠缺,大多数使用的是煤炭能源,导致在工业生产中产生了大量废气排放,对大气造成了一定污染。煤炭能源燃烧所产生的废气含有大量二氧化碳等有害气体,对人们生活和生存环境都有着严重的威胁。因此,我国对工业生产使用能源及废气排放处理迫在眉睫。大气污染环境监测分类大气污染中的主要物质是有害气体和颗粒组成的,因此对大气污染环境监测可以分为以下四种:(1)生物监测。生物监测是指在被污染地区通过植物与其空气接触进行对空气质量的监测;(2)物理监测。物理监测是在监测大气情况时使用了一些监测设备,利用这些专业机器可以精确监测结果并保持科学性。目前物理监测是最常用的监测手段[3];(3)化学监测。化学监测是指在大气环境监测时使用化学的方式进行监测,比如二氧化碳在空气中的浓度就可以用其余石灰石的化学反应进行监测,看石灰石澄清程度来判断空气中二氧化碳的含量;(4)固体颗粒监测。固体颗粒监测是一项需要非常专业性技术的监测方式,也是固体颗粒监测最重要的监测手段。
4气溶胶激光雷达在大气环境监测中的应用
4.1功能区布点法
功能区布点法指的是大气环境监测人员先对监测区域内部各个区域按照功能进行划分,将空气环境质量差异过大的区域独立出来,这样再根据功能区进行布点即可降低整体的布点数量和难度、提高空气质量监测结果的准确性。按照功能区布点法的规律一般可以将整个监测区域分成重工业区、农业区、商业区、生活区、教育区等,功能区划分的越合理则监测点的布置就越容易,重工业区的空气污染比其他区域严重得多,因此重工业区应该布置更多的监测点,而其他区域则只需要布置一定数量的监测点即可满足要求。
喷气式飞行器
3.2临近空间环境探测及应用
2011年车载式钠荧光散射多普勒激光雷达研制完成后部署在中国科学院廊坊临近空间环境野外科学观测研究站进行观测。经过与流星雷达、中频雷达对比,验证了其可靠性,开展观测研究临近空间重力波活动、钠原子输送、垂直风扰动等。为了对车载平台子系统进行改造并对激光雷达系统升级,2017年后该激光雷达转移到北京进行观测。在信号采集时,时间分辨率为1 min,距离分辨率率为0.077 km。在数据处理分析时,可以根据不同的应用目的,输出不同时空分辨率的结果。由于钠原子的空间分布不同,不同高度的荧光散射信号强度不同。通常在92 km左右,荧光强度最大,具有较高的信噪比。当时间分辨率为60 
min,距离分辨率为1 km时,在92 km处钠原子数密度的测量不确定度约为0.1%,温度的测量不确定度约为0.3 K,风速测量不确定度约为1.0 m/s。偏振分束器
发热器
3.3网格布点法
设备故障诊断
网格布点法指的是大气环境监测人员先将整个监测区域按照纵横两个方向将其分成多个网格,然后分别在网格周围的点位上布置大气环境监测点,最后在网络的限制下可以保证网格布点法能够将整个监测区域全部覆盖到,使其满足全面性布点原则。网格布点法的优势是可以根据各个网格监测点的空气质量结果判断污染比较严重的网格区域,而且根据网络污染程度即可确定污染中心,这样则可以制定针对性比较强的大气环境污染治理措施。
3.4信息技术在环境监测的运用
在信息技术时代背景下,云计算技术以及大数据技术的出现,使许多行业成功转型。而将上述技术应用至环境监测中,能够提升环境监测数据信息统计工作的效率。由于大数据技术具备数据分析以及爬取等功能,促进了环境监测工作向现代化、信息化方向发展,降低人工误差。环境监测工作通常具有较长的周期,而获取的数据也更为庞大。在部分设备落
后的地区,信息处理设备已经难以全面的开展数据分析工作,导致监测过程无法监测到潜在的环境污染现象。因此,只有提升大数据技术的应用概率,才能够从根源上保障环境监测工作质量。与此同时,信息技术能够从根源上提升沟通效率,最快速度内解决雾霾等大气污染问题
3.5调整优化产业结构
当前大气环境污染的根源,是大量低技术含量的落后的工业产能。这些落后的工业产能消耗大量资源、能源,造成严重的空气污染,又无法促进生产力向前发展。因此,应当继续优化产业布局,严控“两高”行业产能,严格执行“三线一单”制度,严格限定产业准入类别,明确禁止和限制发展的行业、生产工艺和产业目录,加大落后产能淘汰和过剩产能压减力度
结束语
激光雷达自20世纪60年代发明后得到快速发展和应用,尤其在大气环境探测方面,对垂直高空大气探测和重污染天气颗粒物演变的效果较好。目前气溶胶激光雷达的消光系数、退
偏振比等参数使用效果较佳,但大气边界层高度、颗粒物定量分析等应用有待继续优化。固定式激光雷达探测区域受到局限,激光雷达走航车能够随时移动,在准确查污染源方面具有一定的优势,今后应用将更加广泛。另外,气溶胶激光雷达分析结果较为单一,需要组建雷达网或借助光化学分析超级站数据进行综合分析
参考文献
[1]赖可平.大气污染问题的环境监测与应对策略[J].云南化工,2019,46(12):107-108.
[2]余健健.大气污染问题的环境监测方案与应对策略[J].环境与发展,2019,31(12):177-178.
[3]牛军.大气环境监测的对象与大气环境保护方案设计[J].环境与发展,2019,31(12):179+181.
[4]欧天养.大气监测布点的优化策略探讨[J].资源节约与环保,2019(12):67.
[5]吴蕊含.我国大气环境监测的问题及改善措施[J].科技风,2019(34):130.

本文发布于:2024-09-24 22:25:22,感谢您对本站的认可!

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