袁思宇

（江蘇省環(huán)科院環(huán)境科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

較高的靈敏度、較為清晰的監(jiān)測(cè)圖像以及較好的監(jiān)測(cè)環(huán)境適應(yīng)性是大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，也是此類技術(shù)的基本應(yīng)用要求。技術(shù)人員在應(yīng)用此類技術(shù)時(shí)，須注意分析不同類型監(jiān)測(cè)技術(shù)的技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)的特點(diǎn)，包括地基技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)、車載技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)以及機(jī)載技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)等。針對(duì)大氣環(huán)境中的各類成分，技術(shù)人員也應(yīng)注意分析不同成分的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，確保監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性和有效性。另外，由于大氣環(huán)境具有動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)，同一區(qū)域的立體監(jiān)測(cè)過(guò)程可能需要在時(shí)間和空間上進(jìn)行一定的適應(yīng)性變化，工作人員應(yīng)注意靈活選用具體的大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)，或者聯(lián)合使用多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)而提高大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)工作的整體質(zhì)量。

1 大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)分析

從大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)角度分析，在線類型監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，并且在信息技術(shù)的支持下，技術(shù)人員可使用非接觸式的監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境的整體質(zhì)量，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至智慧化大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、有效性顯著高于傳統(tǒng)的手工監(jiān)測(cè)。另外，近些年，遠(yuǎn)程遙感類型的大氣監(jiān)測(cè)技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，雖然此種技術(shù)的應(yīng)用與其他類型的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用的融合過(guò)程還不夠成熟，但已經(jīng)能在一定程度上提高大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)工作的質(zhì)量和效率，并促使大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)朝著智能化、體系化以及主動(dòng)化的方向發(fā)展[1]。

2 大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

2.1 色譜監(jiān)測(cè)技術(shù)

色譜監(jiān)測(cè)技術(shù)是常見(jiàn)的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)。在對(duì)大氣有機(jī)污染物質(zhì)的監(jiān)測(cè)中，一般采用氣相色譜和質(zhì)譜監(jiān)測(cè)聯(lián)用技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)有較高的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度、靈敏度和響應(yīng)度，且對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用環(huán)境有較高要求，實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用成本也相對(duì)較高。氣相色譜的流動(dòng)相是氣體，其中涉及氣—固體色譜、氣—液體色譜。作為流動(dòng)相的氣體在色譜柱中流動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生較大的阻力，其擴(kuò)散系數(shù)也相對(duì)較大，在組分兩相之間能夠?qū)崿F(xiàn)物質(zhì)的快速傳遞，使得分離更加快速、高效。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，色譜設(shè)備嚴(yán)格記錄色譜柱的流出時(shí)間，并繪制相應(yīng)的色譜監(jiān)測(cè)圖像，并在圖中明確標(biāo)示出峰值時(shí)間以及相應(yīng)的順序信息。在應(yīng)用此類技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員需要對(duì)此類技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行詳細(xì)地了解，明確此類監(jiān)測(cè)技術(shù)的使用環(huán)境、應(yīng)用范圍和注意事項(xiàng)。

2.2 電化學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)

電化學(xué)傳感器可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)各種各樣的有毒性氣體，并顯示出了良好的敏感性與選擇性。電化學(xué)傳感器的工作原理是其與通過(guò)傳感器的被測(cè)氣體反應(yīng)并產(chǎn)生與濃度成正比的電信號(hào)。氣體首先通過(guò)微小的毛管型開(kāi)孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后通過(guò)疏水屏障層，達(dá)到電極的表面。當(dāng)氣體達(dá)到電極表面時(shí)，氣體與傳感器就會(huì)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生電信號(hào)。通過(guò)電極之間的電阻，與被測(cè)濃度成正比的電流會(huì)在正極與負(fù)極之間流動(dòng)，通過(guò)測(cè)量電流的大小就可以確定氣體的濃度。但此類技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)較為復(fù)雜。技術(shù)人員需要在單片機(jī)中設(shè)置有效的主控指令，并引導(dǎo)其串聯(lián)傳感模塊、通信模塊以及執(zhí)行模塊，方可現(xiàn)實(shí)有效的監(jiān)測(cè)工作。另外，這種技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中容易受到監(jiān)測(cè)環(huán)境的影響，其中，環(huán)境溫度、濕度、大氣中顆粒物濃度等對(duì)其應(yīng)用效果影響較大[2]。

2.3 污染氣體光學(xué)法監(jiān)測(cè)技術(shù)

光學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用范圍，并且此種大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)具有較好的技術(shù)應(yīng)用擴(kuò)展性。在污染氣體監(jiān)測(cè)方法上，一般分為主動(dòng)的傅里葉紅外光譜法（FTIR ）、差分光學(xué)吸收光譜法（DOAS）和可調(diào)諧二極管激光吸收光譜法（TDLAS）等，在應(yīng)用此種類型的污染氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員需要確定實(shí)際的監(jiān)測(cè)環(huán)境目標(biāo)，從氣體特征、光吸收程度等方面考察污染氣體的監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用要求。其中，F(xiàn)TIR技術(shù)利用邁克爾遜干涉儀使樣品路和參考路的光產(chǎn)生干涉，并通過(guò)傅立葉變換將干涉圖轉(zhuǎn)換為紅外光譜圖，從而得到氣體成分的光譜信息。DOAS是在紫外和可見(jiàn)波段對(duì)氣體分子的特征吸收進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析的技術(shù)。DOAS將經(jīng)過(guò)氣體吸收后的光學(xué)厚度變化分為隨波長(zhǎng)的快速變化部分（即所謂的“高頻成分”）和隨波長(zhǎng)的緩慢變化部分（即“低頻成分”）。TDLAS技術(shù)是根據(jù)Lambert-Beer定律和波長(zhǎng)隨注入電流和溫度改變的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)分子吸收譜線的測(cè)量，然后通過(guò)對(duì)氣體吸收后的光進(jìn)行光譜分析，可以準(zhǔn)確得出被測(cè)各項(xiàng)氣體的指標(biāo)參數(shù)[3]。

2.4 顆粒物立體監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)大氣環(huán)境中顆粒物的立體監(jiān)測(cè)較多使用激光雷達(dá)技術(shù)，借助激光雷達(dá)的高密度探測(cè)射線，可對(duì)區(qū)域內(nèi)的大氣環(huán)境進(jìn)行立體高頻的質(zhì)量監(jiān)測(cè)。此種技術(shù)具有高時(shí)空分辨率的特點(diǎn)，并且具有較高的探測(cè)高度，可在同一時(shí)間傳輸較多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，具有較好的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)同步效率。更為關(guān)鍵的是，此種顆粒物監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)際監(jiān)測(cè)精度相對(duì)較高，并且不容易受到其他環(huán)境因素的影響，在激光大氣傳輸、全球氣候監(jiān)測(cè)以及氣溶膠氣候監(jiān)測(cè)等方面應(yīng)用廣泛。在應(yīng)用此類監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員首先應(yīng)選擇合適的激光雷達(dá)儀器設(shè)備，主要考慮的選擇因素包括實(shí)際的監(jiān)測(cè)功率、可持續(xù)高精度監(jiān)測(cè)的周期以及硬件設(shè)備的布置需求和算法的處理精度等；其次，技術(shù)人員也應(yīng)對(duì)常見(jiàn)的顆粒物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了解。一般而言，常見(jiàn)顆粒物的直徑較小，但顆粒物之間的變化范圍較大（一般為0.3～20 μm），在這種較高范圍的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，技術(shù)應(yīng)用過(guò)程也具有了一定的動(dòng)態(tài)應(yīng)用特點(diǎn)。

2.5 機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

大氣污染機(jī)載遙感技術(shù)是近些年的熱點(diǎn)，在應(yīng)用此類機(jī)載遙感技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員首先要選擇合適的機(jī)載平臺(tái)，常見(jiàn)的機(jī)載平臺(tái)包括飛艇、飛機(jī)、氣球和無(wú)人機(jī)等。其中，無(wú)人機(jī)的機(jī)動(dòng)性更好，實(shí)際操控性能也更強(qiáng)，并且類如大疆工程用機(jī)的續(xù)航時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，可滿足周期性的機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用要求。此間，技術(shù)人員需要明確機(jī)載遙感技術(shù)的應(yīng)用目的，如果想要對(duì)大氣系統(tǒng)進(jìn)行立體監(jiān)測(cè)，則需要選擇具有動(dòng)態(tài)分析監(jiān)測(cè)功能的機(jī)載系統(tǒng)，實(shí)際的機(jī)載系統(tǒng)應(yīng)用形式應(yīng)符合具體的監(jiān)測(cè)應(yīng)用要求，包括較短的操作滯后性以及高速的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?；其次，如果在?yīng)用此種機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，實(shí)際的監(jiān)測(cè)高度變化較為明顯，則在選擇具體的機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)確保系統(tǒng)中包含自適應(yīng)的高度監(jiān)測(cè)模塊，這樣在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)高度變化時(shí)，系統(tǒng)可自行修正監(jiān)測(cè)參數(shù)，進(jìn)而降低手動(dòng)操作的誤差。

2.6 星載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

星載遙感技術(shù)的應(yīng)用平臺(tái)為人造衛(wèi)星，其實(shí)際的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍較廣，可覆蓋地球的大部分區(qū)域，并可根據(jù)實(shí)際的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，靈活變化具體的技術(shù)應(yīng)用指標(biāo)。技術(shù)人員在選用此類星載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)從技術(shù)應(yīng)用成本的角度對(duì)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際效能進(jìn)行考察，雖然星載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的監(jiān)測(cè)效率較高，并且可借助不同類型的光譜實(shí)現(xiàn)多光譜監(jiān)測(cè)，但是此類監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程需要多部門的密切配合，對(duì)技術(shù)人員的能力要求也相對(duì)較高。衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)相較于其他類型的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，其可以更好地反映大氣層的平均狀況，并且可從整體上對(duì)大氣層的基本情況進(jìn)行分析，在監(jiān)測(cè)污染平均分布情況以及技術(shù)指標(biāo)制定等方面具有相對(duì)明顯的優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用此種星載遙感技術(shù)時(shí)，技術(shù)人員需要注意選擇合理的監(jiān)測(cè)視角，主要包括的視角選擇元素為視場(chǎng)角度（此角度現(xiàn)階段可以達(dá)到114°）。在選定視場(chǎng)角度之后，技術(shù)人員需要選擇具體的氣體監(jiān)測(cè)類型，常見(jiàn)的氣體監(jiān)測(cè)類型包括二氧化硫、二氧化氮、臭氧以及氧化溴等。以此為基礎(chǔ)，技術(shù)人員應(yīng)盡量選擇多通道類型的光譜儀器設(shè)備，避免出現(xiàn)光譜儀雜散光抑制之類的問(wèn)題[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用形式較多，實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用效果存在差異，其不僅與技術(shù)應(yīng)用的內(nèi)在原理相關(guān)，也與實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用環(huán)境相關(guān)。技術(shù)人員在選用此類大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，一定要明確技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際需求，這樣方可提高技術(shù)應(yīng)用的整體適應(yīng)性，無(wú)論是地基遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，還是機(jī)載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，或者是星載遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，都應(yīng)兼顧技術(shù)應(yīng)用的成本要求，這樣才可以充分利用技術(shù)條件，提高大氣環(huán)境立體監(jiān)測(cè)技術(shù)的整體應(yīng)用效能。