让大气污染物无处可逃

【编者按】该项目的研究有望突破大气污染多平台监测中一系列关键技术瓶颈，研发稳定可靠的水汽时空探测激光雷达、大气痕量气体时空探测激光雷达、细粒子车载走航观测系统等，并在项目实现期间进行相关技术的产业化。

在9月的G20峰会上，杭州向全世界递交了一张抢眼的城市名片，继北京“APEC 蓝”之后，杭州“G20蓝”又走红大江南北。

然而，在杭州“G20蓝”的背后有一支大气保障团队却鲜为人知，中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所（以下简称安徽光机所）就是团队成员之一，他们重点研究了挥发性有机物（VOCs）对区域环境的影响，与其他单位一起完成了杭州以及周边区域污染物控制和预警预报的任务，像火眼金睛一般，对大气污染物明察秋毫。

日前，安徽光机所特聘研究员周斌在接受《中国科学报》记者采访时称，中科院合肥物质科学研究院作为牵头单位，启动了国家重点研发计划“大气污染成因与控制技术研究”专项中的重大项目“大气污染多平台一体化监测技术”，项目的一些现有技术已经在G20峰会期间参与实验，取得了不错的成效。

多家单位协同攻关

“大气污染多平台一体化监测技术”项目会聚了中科院合肥物质科学研究院、中科院大气物理研究所、中科院遥感与数字地球研究所、上海交通大学、复旦大学、重庆市环境监测中心、中科院重庆绿色智能技术研究院、上海环境监测中心、四川省环境监测总站、无锡中科光电等长期从事区域大气污染相关研究的优势单位。

在研究团队中，中科院合肥物质科学研究院负责项目总体设计，并将承担地基和车载激光雷达、成像差分吸收光谱技术（DOAS）的研发，以及卫星对地观测等研究任务，复旦大学则承担被动多轴差分光学吸收光谱仪（Max - DOAS）的研制和污染物近地面发布廓线反演算法研究；上海交通大学和无锡中科光电承担无人机观测平台研发及走航观测任务；中科院大气物理研究所和上海市环境监测中心承担利用飞艇和浮空器研究大气污染物的近地面分布研究；中科院遥感与数字地球研究所承担卫星对地观测反演算法优化研究；重庆市环境监测中心、中科院重庆绿色智能技术研究院和四川省环境监测总站承担天空地一体化观测技术在成渝地区示范研究。

周斌领衔的项目研究团队一共有48人，平均年龄不到35岁，团队成员虽然年轻但已经在多个项目中挑起大梁。其中，安徽光机所研究员张天舒所在课题组曾从零起步研制出气体激光雷达，把原有的国外设备都替换下来。

项目团队将研发基于光学遥感技术的立体观测体系，为观测网络提供基准数据分发和校验服务，解决目前大气环境观测网络缺乏高精度基准数据的问题，实现对观测网络节点的在线数据质控。

团队还将攻克高时空分辨率的车载和无人机走航观测关键技术，通过多平台多角度的区域扫描技术，获取城市尺度垂直、水平、任意斜程或闭合路径上的大气污染时空剖面，实时探测城市尺度大气污染生消过程和发展趋势。

因地制宜发挥所长

当前，我国缺乏区域污染的时空分布变化信息，尤其在复杂地形条件下，难以对区域、跨境大气环境的现状和变化趋势给出全面、清晰的分析。

据周斌介绍，该项目主要针对我国复杂地形条件下大气污染成因这一重大科学问题，以立体监测技术研发和应用示范为主要研究内容，研制具有自主知识产权的系列化立体观测设备并实现产业化。

项目的研究成果将在成渝地区进行示范应用，该地区的地形地势复杂、气象条件和污染源排放殊异。周斌解释说，在这里开展大尺度多环境要素的高时空分布、高精度准确监测技术方法研究，有利于培育和发展大气环保产业，提升我国自主产品的市场占有率，支撑国家生态环境监测网络建设。

科研团队主要针对成渝地区复杂的地形与气象条件，立足于大气遥感的反演机理，利用地基遥感、探空等多源观测数据填补关键信息的空白，发展更高空间分辨率的反演算法，联合反演气溶胶光学性质和理化特性。

周斌说：“我们首次将天空地一体化立体观测技术体系应用于区域环境管理，获得复杂地形大气污染高质量探测数据，为深入理解成渝地区复合污染形成和发展机制提供基础数据。”

此外，该项目的研究有望突破大气污染多平台监测中一系列关键技术瓶颈，研发稳定可靠的水汽时空探测激光雷达、大气痕量气体时空探测激光雷达、细粒子车载走航观测系统等，并在项目实现期间进行相关技术的产业化。

“我们预期实现5000万元以上产值，为业务部门提供稳定成熟的高端产品，为相关研究机构提供先进探测技术和设备。”

建设立体监测网络

周斌表示：“建立、健全规范化、统一化的立体监测网络成为大气污染及成分监测的迫切需求与必然趋势，发展天地空一体化的立体观测技术能很好适应当前对大气环境监测的需求。”

其中，地基遥感观测采取自下而上的观测方法，可以有效对大气对流层，特别是污染严重的大气边界层内的多种污染成分进行连续观测，“已经成为当今大气综合观测中不可或缺的一种技术。”周斌说。

空基平台无人机具有视域广、灵活机动、飞行高度可控、定点与巡航相结合的时空观测连续等特点，能迅速收集不同时间、不同地点、不同高度的大气污染物浓度的连续数据。

基于天基平台的大气成分的卫星遥感探测技术，则是在区域尺度上实现颗粒物和气体污染物的观测，与地基和空基探测平台互为补充。

“依靠单一的观测手段和方法，无法实现大气污染过程的全面观测。”周斌指出，“因此需要开展多尺度大气污染过程中的天空地一体化实时观测技术研究及示范。”

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