大气环境生物检测

p 　　伴随着一声“开始降落”的指令，在河北望都县农村环境研究站，新研制的无人机大气立体监测装备完成污染物监测和数据传输任务之后稳稳落地。 /p p 　　12月中旬，中国科学院生态环境研究中心痕量气体大气化学研究组协同多家单位成功开展了无人机大气立体监测系统实验。据项目负责人张成龙介绍，这一监测系统首次将低功耗大流量颗粒物采样技术、多通道真空气体采样技术与无人机技术结合，契合了当前大气污染科学迫切需要全方位精细化监测的需求。 /p p strong 　　填补大气环境监测和研究盲区 /strong /p p 　　在对流层大气中，大气污染物多从近地面垂直向上或水平扩散，作为大气化学反应重要驱动力的太阳辐射则自上而下传输。因此，张成龙认为，大气环境化学研究不能只关注近地面污染，还要关注一定高度范围(特别是边界层)内的大气层结构和成分变化，否则很难全面揭示对流层实际的大气化学反应过程。 /p p 　　此前已有多种大气环境垂直监测方法得到应用，如大气边界层塔、有人飞机、气球及气艇等。但边界层塔位置固定，高度通常在300米以下，且多建于城市地区 有人飞机只能在数百米及以上的高度飞行 气球或气艇抗风能力和移动性差，需要填充大量氦气，单次运行成本高。这些方法已经无法满足新时期大气污染研究的需求。 /p p 　　“无人机的机动性和灵活性可以有效弥补上述缺陷，让原来不容易接近的地方变得容易到达，使大气监测真正做到动态性和立体性。”张成龙说，“农村地区不同于城市地区，它的下垫面多为农田和低矮村庄，大气污染物处于较低大气层，正好是无人机适合飞行和采集样本的高度。” /p p 　　无人机大气立体监测系统为农村大气面源污染的深入研究提供重要工具，也为区域大气氧化性、大气光化学过程及二次颗粒物形成等深入 研究提供基础数据。 /p p strong 　　精准化大气研究工具 /strong /p p 　　记者了解到，在中科院无人机大气监测系统实验成功之前，市场上已经有少数无人机产品应用于环境监测领域并和政府环境执法活动展开合作。对此，为本次无人机大气监测系统提供无人机设备的华翼天基科技有限公司相关负责人表示：“市场上的无人机设备不仅用于环保，也用于电力、消防等，并不专业，只是搭载几种空气传感器，远远不能解决大气多样化和精准化的监测需求。” /p p 　　为此，张成龙带领团队为提升系统精准化做出了一系列努力。 /p p 　　在传感器选择阶段，研发团队找到曾对传感器精度做了长期比对工作的南京信息工程大学教授庞小兵进行取经。庞小兵告诉《中国科学报》记者，大气传感器会受到大气温度、湿度、其他共存成分以及电信号噪音的干扰，因此要通过多种技术手段降低上述因素对传感器精度的影响。 /p p 　　最终，他们确定了具有较强抗干扰能力、能在实际大气气体中提取精确信息的低功耗大流量颗粒物采样器、多通道真空气体采样器以及传感器。传感器可一次性记录和传输10种参数，包括颗粒物、PM2.5和PM10等常规污染物参数。除此之外，采样设备随无人机升空之前，要经过地面标准台站的数据校准 无人机升空之后，还要保证提前计算设计好的采样器体积、续航能力等均满足远程控制、GPS三维定点悬停以及收集足够分量大气样品的要求。 /p p 　　该立体监测系统攻克了低功耗大流量颗粒物采样以及多通道真空气体采样等关键技术，实现大气颗粒态、气态以及液态等样品的立体化定点采样，为大气污染全方位立体化的精确诊断提供重要的技术支持。 /p p strong 　　从无到有的科研“创业” /strong /p p 　　在张成龙看来，这次无人机大气监测系统的实验成功是一次从无到有的科研“创业”。没有充足的资金来源，参与研制并提供传感器、采样器、无人机的企业也没有向他索取任何费用，但他们却向着一个共同的目标努力。 /p p 　　这支由交叉学科领域的人员临时搭建的“梦之队”，不断突破技术难点，根据大气采集监测系统需要满足的科研要求对产品进行完善。华翼天基相关负责人表示:“为了提升监测系统在高空收集样品时的抗风能力和稳定性，我们专门为无人机设计了气动外形结构。” /p p 　　谈到无人机大气监测系统的应用前景，张成龙则认为“一千个人有一千个想法”。目前也有一些科研单位出于兴趣联系他们。在立体化精准化大气化学研究工具的应用前景之外，他大胆设想，未来在火灾、垃圾焚烧、环境污染执法等应急监测领域，无人机可以到达人们无法接近的地方发挥更大的作用，希望不同行业的人看到这个系统都能对其应用萌生不同的想法。 /p p /p

p & nbsp & nbsp 南沙大气环境综合监测站日前已全面建成。中国环境监测总站郑皓皓研究员就综合监测站建设目的、主要功能、未来发展方向等问题，回答了记者的提问。 /p p 　　问：为什么要建设南沙大气环境综合监测站？& nbsp /p p 　　答：经过多年的努力和探索，我国大气环境监测能力不断提高、监测网络不断完善，目前已形成了目标明确、功能齐全的大气环境质量监测网。我国大气环境质量监测网主要包括城市环境空气质量监测网、区域环境空气质量监测网、大气环境背景监测网、沙尘天气监测网、酸雨监测网络以及其他专项监测网等。 /p p 　　根据我国大气环流特点，综合考虑空间分布、地域特征和生态功能等因素，生态环境部先后投资建设16个大气环境（背景）综合监测站，分别为内蒙古呼伦贝尔、吉林长白山、福建武夷山、山东长岛、山西庞泉沟、湖北神农架、湖南衡山、广东南岭、海南五指山、四川海螺沟、云南丽江、西藏纳木措、青海门源、新疆喀纳斯、西沙、南沙大气环境综合监测站。其中，南沙大气环境综合监测站是我国大气环境背景监测网的重要组成部分。 /p p 　　在南沙建设大气环境综合监测站，既能及时掌握南海地区环境空气质量状况，又能为南海地区国家与民众提供可靠的环境空气质量信息，同时，也是研究区域大气传输和气候变化的重要站点。 /p p 　　问：目前南沙大气环境综合监测站配备了哪些监测仪器设备？ /p p 　　答：南沙大气环境综合监测站配置了PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO和O3等6项常规指标，CO2和CH4等2项温室气体指标，以及黑炭、气象五参数和能见度等7项指标的监测仪器和质控设备，同时，还预留有酸雨、挥发性有机物、太阳紫外辐射等指标的监测场地，初步形成了南海地区空气质量监测与气候变化观测相结合的综合监测能力。 /p p 　　问：南沙大气环境综合监测站的主要功能是什么？& nbsp /p p 　　答：南沙大气环境综合监测站将服务于南海地区国家和民众，为其提供及时、可靠的环境空气质量信息。它的建成填补了南海地区大气环境监测的空白, 标志着南海地区大气环境综合监测迈出坚实的一步。 /p p 　　同时，南沙大气环境综合监测站位于西太平洋-东南亚大气传输和大气环流的重要通道，是研究西太平洋-东南亚大气传输过程的重要支点。通过长期的实地观测，为研究南海地区大气背景、温室气体、颗粒物组分和污染传输提供第一手的监测数据，从而提升区域大气传输、温室气体与气候变化研究的精度和水平，为应对全球气候变化和南海地区生态环境质量改善提供重要支撑。 /p p 　　问：南沙大气环境综合监测站未来的发展方向是什么？& nbsp /p p 　　答：在现有监测项目的基础上，进一步加强大气综合监测能力，不断拓展监测领域，推动国际交流与合作。一是逐步开展气溶胶光学特性、臭氧前驱体、气溶胶组分、气溶胶粒径分布、垂直探测等科学研究。二是逐步拓展海洋水质、沉积物、海洋生物、海洋生态等监测，为南海地区海洋生态环境保护提供坚强支撑。三是逐步开展南海地区海洋垃圾、微塑料分布等生态环境状况研究，评估对南海地区生态系统影响，为全球生态环境保护作出积极贡献。 /p p br/ /p

4月16日2时16分，我国在太原卫星发射中心成功将大气环境监测卫星发射升空。大气环境监测卫星是《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》中的一颗科研卫星，生态环境部为该卫星牵头用户，卫星和运载火箭系统均由中国航天科技集团有限公司第八研究院抓总研制。 　　该卫星将在国际上实现CO2的主动激光探测和大气细颗粒物的主被动结合探测，能够对气态污染物、云和气溶胶以及水生态、自然生态等环境要素进行大范围、全天时综合监测，同时可支撑开展气象、农业农村等行业的遥感监测应用工作。 　　大气环境监测卫星运行于705km的太阳同步轨道，星上搭载了大气探测激光雷达、高精度偏振扫描仪、多角度偏振成像仪、紫外高光谱大气成分探测仪及宽幅成像光谱仪等5台有效载荷，整星重量约2.8吨，设计寿命8年。其中，大气探测激光雷达在国际上采用双体制激光技术探测气溶胶和CO2，通过主动方式对大气CO2柱总量进行精细化探测，获取大范围、高精度的CO2浓度变化信息和气溶胶散射系数廓线、消光系数廓线、光学厚度、边界层高度等垂直分布信息，弥补以往被动观测的不足。高精度偏振扫描仪与多角度偏振成像仪联合观测可获取云和气溶胶多个角度的偏振信息，用于反演全球大气气溶胶和云的时空分布信息，观测幅宽大于1800km，此外，还可通过与大气探测激光雷达载荷的协同观测与应用，实现近地表细颗粒物的定量探测。紫外高光谱大气成分探测仪可获取O3、NO2和SO2等气态污染物浓度信息，幅宽大于2300km，具备每天一次的全球覆盖能力。宽幅成像光谱仪可获取光谱范围从可见光至长波红外(0.415-12μm)的陆表和大气多光谱信息，观测幅宽大于2300km，空间分辨率最高可达75m。 　　大气环境监测卫星的成功发射，将进一步提升我国的CO2和大气污染物遥感监测能力。在应对全球气候变化方面，实现全球范围CO2的主动激光高精度、全天时探测，探测精度达到优异水平，可为CO2分布和应对气候变化提供精准的遥感数据支撑；在大气环境遥感监测方面，具备对全球细颗粒物(PM2.5)、气态污染物、云和气溶胶的定量化遥感监测以及对工业排放、生物质燃烧等大气污染源的大范围、高动态遥感监测能力，可为我国大气污染防治和空气质量预报提供数据和技术支撑；在水环境遥感监测方面，可实现内陆大型水体水华、水质、水生植被以及近海海域赤潮、溢油、水质等的定量化遥感监测；在自然生态遥感监测方面，可实现生态系统关键参数的定量化遥感反演，为全国和区域生态环境状况调查与评估等业务提供重要数据支撑。 　　大气环境监测卫星的成功发射，将为落实“精准治污、科学治污、依法治污”、支撑深入打好污染防治攻坚战、实现减污降碳协同增效提供重要数据支撑。“十四五”期间，生态环境部还将牵头组织研制发射高精度温室气体综合探测卫星，与大气环境监测卫星组网观测，进一步提升全球主要温室气体和大气污染物遥感监测能力，为支撑国家“双碳”战略、应对全球气候变化提供遥感监测数据支撑。