大氣污染沉降監(jiān)測方法研究進展

寇杰

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州 730070）

大氣污染問題不僅會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，同時也會對人類身體健康和生命安全產(chǎn)生嚴(yán)重損害，在對大氣污染物進行有效清除的過程中，通過利用大氣沉降措施，能夠提高預(yù)測大氣污染程度以及污染持續(xù)時間的準(zhǔn)確性。通常情況下，干沉降和濕沉降是大氣沉降的兩種常方法。然而根據(jù)實際調(diào)查研究能夠發(fā)現(xiàn)，由于受到監(jiān)測手段缺乏有效性以及監(jiān)測方法缺乏先進性等相關(guān)問題的約束，導(dǎo)致大氣污染沉降監(jiān)測工作整體發(fā)展水平難以提升，始終無法達到令人滿意的程度。對此，不僅要加強對大氣沉降監(jiān)測方法的全面總結(jié)與系統(tǒng)分析，而且還要加強對大氣沉降監(jiān)測方法以及相關(guān)原理的全面梳理。在此基礎(chǔ)上，以大氣沉降的基本特征為基礎(chǔ)，對大氣污染沉降監(jiān)測方法的發(fā)展進度及時總結(jié)，對存在的問題以及未來發(fā)展趨勢進行深入探究，為我國大氣沉降監(jiān)測工作全面發(fā)展提供科學(xué)的理論支撐的同時，為我國大氣污染時空演化特征研究工作的順利開展指明方向。

一、地面監(jiān)測

（一）干沉降

對于干沉降監(jiān)測方法而言，通常可以分為氣象學(xué)法、差減法、沉降替代面法，其中，降成替代面法主要是指利用替代面對干沉降進行收集，然后結(jié)合沉降物的實際質(zhì)量，乘以替代面的采樣時間和面積，最終得到干沉降的通量。根據(jù)替代面的差異，還可以將干沉降分為干法和濕法兩種。干法主要利用陶瓷和玻璃等替代面進行采樣，濕法則是將乙二醇和水等液體加入到容器中進行收集。

（二）濕沉降

在利用濕沉降方法開展地面監(jiān)測的過程中，通常使用的儀器設(shè)備分為干濕沉降采樣器和濕沉降采樣桶。其中，濕沉降采樣桶使用較為普遍，在日常使用過程中需要保持密封狀態(tài)，在降雪或降雨天氣打開，相關(guān)設(shè)備的成本投入較低，使用方法簡單，但是耗費人力，需要人工及時開桶，如果開通不及時，會使測試結(jié)果低于實際情況，影響觀察結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]。

（三）沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

我國沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)組建時間稍遜色于美國，然而隨著科技和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，目前，我國不僅建成獨立的生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)，而且已經(jīng)正式加入東亞酸沉降監(jiān)測網(wǎng)，具體情況如圖1 所示。雖然表1 中的所有地面監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)不全是針對大氣污染沉降所設(shè)立，但通過監(jiān)測得到的具體參數(shù)能夠為大氣沉降監(jiān)測研究提供幫助。在此過程中，需要加強對數(shù)據(jù)規(guī)范沒有統(tǒng)一、散化現(xiàn)象嚴(yán)重、資源共享目標(biāo)難以實現(xiàn)等問題的積極解決[2]。

二、模型模擬

（一）干沉降

干沉降監(jiān)測模型在行業(yè)內(nèi)部還被叫作推算法，通過將觀測到的大氣沉降物沉降速度與濃度進行相乘，從而得到沉降通量。然而，干沉降無論是測量難度，還是模擬預(yù)測難度都比較大，因此，相關(guān)學(xué)者將具體模型分為靜電模型和物理模型兩種。由于物理模型的前提為假設(shè)，即便有較強的理論作為基礎(chǔ)，模型在復(fù)雜參數(shù)和外界條件的影響下，依然難以建立；而經(jīng)驗?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)內(nèi)容較為簡單，能夠以實際觀測的數(shù)據(jù)作為切入點，更容易建立和使用[3]。

（二）濕沉降

與干沉降模型法相比，濕沉降模型法具有較高簡便性，在理論層面，只需對降水這一個氣象參數(shù)進行考慮即可。將沉降物具有的平均濃度與實際降水量相乘，就能得到濕沉降的通量。然而，在實際運用濕沉降模型法的過程中，相關(guān)人士還會對濕沉降的清除系數(shù)、云內(nèi)清除程度、云下沖刷等復(fù)雜因素與產(chǎn)生過程進行綜合考慮。其中，降水可以分為兩種，一種是通過鋒面系統(tǒng)或其他氣象過程產(chǎn)生的大范圍降水，另一種是通過對流上升氣流所產(chǎn)生的對流降水，這兩種降水與濕沉降中的云下沖刷和云內(nèi)清除分別對應(yīng)[4]。

三、遙感反演

對于遙感監(jiān)測方法而言，是我國在現(xiàn)代化發(fā)展過程中誕生的一種能夠?qū)Υ髿獬两颠M行有效監(jiān)測的新型方式，主要通過對不同光譜波段在各種氣體環(huán)境下具有的輻射吸收特性進行充分利用，將不同氣體的濃度反演出來，從而將得到的反應(yīng)濃度與推算法進行充分結(jié)合，對不同大氣環(huán)境具有的污染沉降量進行有效計算。

對于遙感監(jiān)測的氣體濃度而言，是對大氣柱濃度總分子含量的監(jiān)測，而總分子含量的取值范圍應(yīng)該從地面到對流層頂住的所有位置，在計算具體沉降量的過程中，需要將大氣柱的濃度轉(zhuǎn)化為地面濃度。目前，我國在遙感監(jiān)測大氣領(lǐng)域中，能夠?qū)O2 和NH3 進行有效監(jiān)測與計算。遙感反演大氣污染物的干沉降方法，相關(guān)技術(shù)具有較高的成熟性，能夠充分滿足NO2 和NH3 的監(jiān)測需求[5]。

四、典型應(yīng)用

利用上述方法，相關(guān)人士開展了不同尺度層面的大氣污染物沉降監(jiān)測，各種監(jiān)測方法的優(yōu)勢、特征、不確定性如圖2 所示。

（一）全球尺度層面

在全球尺度層面上，大氣沉降監(jiān)測結(jié)果受氣象條件、全球地表條件、污染物自身性質(zhì)的影響較大，具有的時空意義、質(zhì)性、特點較為復(fù)雜，導(dǎo)致全球大氣沉降監(jiān)測結(jié)果的精準(zhǔn)性具有較高不確定性。

（二）區(qū)域尺度層面

在區(qū)域尺度層面上，相比于其他因素，氣候條件因素具有的均質(zhì)性特點較強，大氣污染物自身屬性、土地利用、地形利用等因具有的下墊面特征對大氣污染沉降具有的時空異質(zhì)性產(chǎn)生了重要影響。此時，遙感監(jiān)測具有明顯高于地面監(jiān)測的精準(zhǔn)性。

（三）局地尺度層面

對于局地尺度而言，主要是針對范圍較小的大氣沉降程度進行監(jiān)測，在理論層面，為大氣沉降驅(qū)動機制的建立健全提供幫助。具體影響因素與自身性質(zhì)有關(guān)，與外界因素基本無關(guān)。

結(jié)束語

本文通過對大氣污染沉降監(jiān)測方法的深入研究，能夠?qū)Σ煌椒ㄔ诖髿馕廴境两笛芯窟^程中存在的優(yōu)勢以及不足之深刻理解，為行業(yè)后續(xù)發(fā)展提供切實可行的科學(xué)依據(jù)。因此，不僅要對優(yōu)化大氣污染沉降監(jiān)測方法在強化大氣污染治理工作效率中具有的重要性給予正確認知和高度重視，而且還要加強對大氣污染具有的基本時空演化規(guī)律進行系統(tǒng)性研究，對大氣沉降監(jiān)測理論與方法進行全面探討、對大氣時空演化以及形成原因在不同尺度下具有的特征以及機制進行全面揭示。不僅能夠為國家與地區(qū)制定大氣環(huán)境綜合治理政策提供科學(xué)服務(wù)，而且還能確保相關(guān)政策得到有效落實，為全面提升我國大氣環(huán)境治理效果提供強大的理論依據(jù)和源源不斷的技術(shù)支持。