激光雷达在大气环境实时监测中的应用与进展

　　大气细粒子和臭氧是衡量大气污染程度的重要指标。大气细粒子一般是指大气中悬浮的直径细小的颗粒物，主要成分是 PM2.5。臭氧是地球大气中一种微量气体，虽然臭氧在平流层可阻挡紫外线，但若在对流层浓度增加，则会对人体健康、地球植被等产生有害影响。长期以来，我国缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据，相关研究工作依赖国外仪器设备。为提高我国大气环境实时监测能力和为数据分析提供可靠的技术手段，近年来，我国在大气细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测系统领域，成效显著。

雾霾图片

　　近日，由中国科学院合肥物质科学研究院牵头承担的国家重大科学仪器设备开发专项“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研制与应用示范”项目顺利通过由科技部组织的综合验收。新型“探霾”激光雷达项目打破了发达国家对激光雷达核心技术的垄断，可实时监测10公里高空范围内的雾霾分布并分析其成分，目前已在国内多个区域组网观测。

“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研制与应用示范”项目验收审查现场

　　激光雷达是探测雾霾的先进技术手段，但之前我国不掌握核心技术，只能从国外整机进口。从2011年起，在国家重大科学仪器设备开发专项的支持下，中国工程院院士、中国科学院安徽光学精密机械研究所所长刘文清研究员主持开展了"大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范"研究。该研究成功研发了具有自主知识产权的大气细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测系统，突破了多项共性关键技术，提高了我国激光雷达产业的自主创新能力和核心竞争力，为我国大气环境实时监测能力建设和数据分析提供了可靠的技术手段；长期示范运行了激光雷达系统，并进行了技术验证与优化，积累了观测数据和应用经验。通过行业内推广，有效扩大了业务应用部门对激光雷达技术的认知和接受程度；编制了企业技术规范和行业应用指南，为激光雷达的业务规范化运行提供了科学支撑，在雷达光源、瞬态记录仪和雷达数据应用等研究方面取得多项重大突破。

激光雷达探测大气细粒子

　　据悉，该系统还集成了多种关键技术，研制了多套样机，长期运行和多轮优化下形成了成熟稳定的激光雷达核心技术，通过技术转移和生产工艺开发建立了产业化基地，形成了激光雷达核心部件和系统整机的生产能力，提高了激光雷达的国产化率，培育了有竞争力的环境监测分析仪器新兴产业，打破了发达国家对激光雷达核心技术垄断，扭转了我国激光雷达设备对进口产品的依赖。

　　项目针对业务部门各种不同需求，形成了多种型号产品，在环境监测领域大量装备，并为灰霾和光化学污染研究提供了重要手段和设备；自2013年起，大气细粒子和臭氧激光雷达在京津冀地区建立了立体监测网络，数年来一直保持良好的工作状态。项目研发的仪器设备还为南京青奥会、北京APEC峰会、北京“九三胜利日”阅兵式、杭州G20峰会等国家重大活动提供空气质量保障和减排效果评估工作，为环境决策和管理提供了重要科学依据。

　　科研人员表明，PM2.5与臭氧是雾霾的两大主要成分，大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达可以从地面到10公里高空范围内，实时探测这两种成分的高度分布、浓度分布等指标。准确知道了雾霾的成分、从哪里来、到哪里去，有助于解析污染的成因，精准制定治霾的策略。据了解，该项目打破了发达国家对激光雷达核心技术的垄断，成功实现了整机国产化，并在产品应用方面走在国际前列。目前在京津冀、长三角、珠三角、川渝等人口密集区，均已规模化布局组网，实时监测空气质量。