宿遷市秋季大氣細(xì)顆粒物激光雷達(dá)水平掃描應(yīng)用研究

許純領(lǐng)

(江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 宿遷 223800)

1 引言

近年來(lái)，隨著宿遷市經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程不斷加快，大氣環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題日趨嚴(yán)重。2013年后空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系發(fā)生了新的變化[1]，宿遷市加大治理力度，空氣質(zhì)量狀況取得明顯改善，但近年來(lái)空氣質(zhì)量改善減降乏力特征已初步顯現(xiàn)。激光雷達(dá)技術(shù)作為探測(cè)大氣顆粒物的新型主動(dòng)遙感工具[2，3]，在顆粒物變化監(jiān)測(cè)方面具有全天時(shí)、大范圍、廓線(xiàn)探測(cè)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[4]。本文從激光雷達(dá)水平掃描和現(xiàn)場(chǎng)排查等多方面開(kāi)展污染成因研究應(yīng)用，以期為宿遷市大氣污染攻堅(jiān)提供參考依據(jù)。

2 激光雷達(dá)水平掃描實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)部分

2.1 主要儀器及監(jiān)測(cè)原理

顆粒物激光雷達(dá)是一種先進(jìn)的主動(dòng)光學(xué)遙感設(shè)備。能夠?qū)Υ髿猸h(huán)境中顆粒態(tài)污染物進(jìn)行探測(cè)，從而獲得顆粒物的空間分布信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)顆粒物污染高時(shí)空分辨率、高探測(cè)精度的立體監(jiān)測(cè)。儀器工作原理原理介紹，參見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

2.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)范圍及時(shí)間

本次監(jiān)測(cè)使用設(shè)備為中科光電自主研發(fā)的激光掃描雷達(dá)，安裝地點(diǎn)為宿遷市隆城盤(pán)谷三號(hào)樓，平面掃描所顯示距離R=3 km，監(jiān)測(cè)時(shí)間段為2020年10月11～18日。

3 激光雷達(dá)掃描結(jié)果分析

3.1 工地?fù)P塵污染

第一次污染過(guò)程：觀測(cè)期間，根據(jù)10月11日9:33～10:21的激光雷達(dá)掃描結(jié)果，發(fā)現(xiàn)掃描區(qū)域的中心位置，宿遷學(xué)院的東側(cè)出現(xiàn)明顯的顆粒物高值區(qū)域，詳見(jiàn)圖1。結(jié)合地圖分析，熱點(diǎn)區(qū)域?yàn)樗捱w花鳥(niǎo)市場(chǎng)附近。該點(diǎn)位為未完成的施工現(xiàn)場(chǎng)，雖表面用網(wǎng)布遮擋，但仍有較大面積的地表裸露情況；另外，工地一側(cè)為較寬?cǎi)R路，工地的塵土擴(kuò)散至道路會(huì)被車(chē)輛帶起，形成道路揚(yáng)塵。采樣期間氣象條件為東南風(fēng)，顆粒物污染在下風(fēng)向上存在擴(kuò)散。

圖1 10月11日9:33～10:21(a)顆粒物分布熱點(diǎn)圖及(b)周邊建筑工地

第二次污染過(guò)程：10月16日9:56～10:45，根據(jù)激光雷達(dá)掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn)在觀測(cè)點(diǎn)位的東北方向上出現(xiàn)顆粒物高值區(qū)域，詳見(jiàn)圖2。應(yīng)位置為星港灣北側(cè)，現(xiàn)場(chǎng)采樣發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)處為大型建筑施工地，現(xiàn)場(chǎng)顆粒物較明顯，此時(shí)對(duì)應(yīng)氣象條件為西北風(fēng)向，污染物存在小范圍的擴(kuò)散現(xiàn)象。

圖2 10月16日9:56～10:45(a)顆粒物分布熱點(diǎn)圖及(b)星港灣北側(cè)建筑工地

第三次污染過(guò)程：10月18日1:41～2:29，雷達(dá)掃描圖中出現(xiàn)兩處明顯的顆粒物熱點(diǎn)，詳見(jiàn)圖3。其中西北方向上熱點(diǎn)為寶龍城附近，其周邊施工場(chǎng)所較多，商業(yè)餐飲較發(fā)達(dá)，正南方向上顆粒物熱點(diǎn)區(qū)域?yàn)樗捱w學(xué)院南側(cè)荒地，工地和荒地現(xiàn)場(chǎng)較多粉塵碎石等，雖表面被覆蓋但仍有較大的顆粒物污染。

圖3 10月18日1:41～2:29顆粒物分布熱點(diǎn)圖

3.2 工廠排放污染

根據(jù)雷達(dá)掃描結(jié)果，10月16日上午8:19～9:07期間，在黑魚(yú)汪水上油庫(kù)，以及恒力工業(yè)園及其西側(cè)工地處上空發(fā)現(xiàn)顆粒物排放熱點(diǎn)，詳見(jiàn)圖4。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采樣分析，黑魚(yú)汪水上油庫(kù)和恒力工業(yè)園均檢測(cè)出VOCs異常高值，大氣中的VOCs會(huì)通過(guò)多種途徑生成二次有機(jī)顆粒物，在VOCs中，PM2.5的主要前體物包括甲苯、間/對(duì)二甲苯、乙基苯以及多種烷烴等。

兩個(gè)熱點(diǎn)處的VOCs物種濃度和二次氣溶膠生成潛勢(shì)(SOA)見(jiàn)圖5。黑魚(yú)汪水上油庫(kù)主要檢出物質(zhì)為芳香烴、烷烴以及戊烯，其中甲苯濃度最高，對(duì)氣溶膠生成的貢獻(xiàn)也最高。恒力工業(yè)園的采樣結(jié)果分析顯示濃度最高的物質(zhì)為正戊烷及丁烷，此外還包括乙酸乙酯、芳香烴和烷烴等物質(zhì)，其中對(duì)顆粒物生成貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)為甲苯、間對(duì)二甲苯和乙基苯等。

圖4 10月16日8:19～9:07顆粒物分布熱點(diǎn)圖

圖5 黑魚(yú)汪油庫(kù)和恒力工業(yè)園VOCs及SOA分析

4 結(jié)論

(1)根據(jù)激光雷達(dá)掃描結(jié)果，監(jiān)測(cè)期間共發(fā)現(xiàn)10多個(gè)顆粒物高值區(qū)域，其污染類(lèi)型分為工地?fù)P塵污染和工廠排放污染，工地?fù)P塵污染出現(xiàn)在宿遷花鳥(niǎo)市場(chǎng)、蘭亭御城、寶龍廣場(chǎng)附近、碧桂園黃金時(shí)代、河?xùn)|部施工群、星海灣北側(cè)工地；工廠排放污染出現(xiàn)在南部工業(yè)區(qū)、中石化宿遷黑魚(yú)汪水上油庫(kù)、恒力工業(yè)園區(qū)。

(2)二次顆粒物在理化性質(zhì)上與一次顆粒物存在較大差異，在總顆粒物中占據(jù)一定的比例，其生成對(duì)環(huán)境的影響不可忽視。因此，工業(yè)總排放的VOCs物質(zhì)對(duì)氣溶膠生成潛勢(shì)較大的物質(zhì)需要重點(diǎn)關(guān)注并控制。

(3)激光雷達(dá)水平掃描對(duì)工地?fù)P塵等一次顆粒物掃描效果顯著，但對(duì)二次顆粒物掃描具有一定局限性，需配合其它輔助監(jiān)測(cè)手段共同開(kāi)展。