阿里巴巴歡迎您的到來!

Banner

行業知識

首頁 > 行業知識 > 内容

臭氧激光雷達監測設備系統的研發和應用

編輯:阿里巴巴時間:2019-02-19

“大氣細粒子與臭氧時空探測激光雷達系統研發與應用”項目成功研發了臭氧激光雷達監測設備具有自主知識産權的大氣細粒子和臭氧時空分布的快速在線監測系統,突破了多項共性關鍵技術,提高了我國激光雷達産業的自主創新能力和核心競争力,為我國大氣環境實時監測能力建設和數據分析提供了可靠的技術手段。系統還集成了多種關鍵技術,研制了多套樣機,長期運行和多輪優化下形成了成熟穩定的激光雷達核心技術,通過技術轉移和生産工藝開發建立了産業化基地,形成了激光雷達核心部件和系統整機的生産能力,提高了激光雷達的國産化率,培育了有競争力的環境監測分析儀器新興産業,打破了發達地區對激光雷達核心技術壟斷,扭轉了我國高端激光雷達設備對進口産品的依賴。

臭氧激光雷達監測設備就是利用臭氧的吸收特性測量臭氧濃度分布。激光雷達以高重複率向大氣發射一對或幾個不同波長的探測光脈沖。選定的波長對非常接近。一個波長位于臭氧吸收較強的位置,另一個波長位于臭氧吸收較弱或沒有吸收的位置。利用臭氧對兩個激光波長(兩個波長光信号的衰減差)的吸收差異,确定了兩個波長。脈沖激光公共路徑上的臭氧濃度可以用來探測臭氧的時空分布。大氣臭氧探測激光雷達由發射系統、光學接收系統和探測采集系統三部分組成。

一、産品特點

1,卓越性能:

該探測器對紫外輻射敏感,臭氧檢測限可達ppb水平。

全固态激光器單脈沖能量高,有效探測距離大。

采用收發一體化望遠鏡和同軸設計的接收系統,有效地減小了盲區。

高速數據采集卡,空間分辨率高。

2,綜合光學和機械設計結構:

光學系統采用光栅光譜技術,使光學系統長期穩定運行,信噪比高。

激光系統采用水冷,散熱性好,振動小。

1,低維護成本:

臭氧激光雷達監測設備系統采用泵浦燈,現場維修,無需返廠;

拉曼管可以在現場更新氣體。

2,使用壽命長:

閃光燈多可使用1億次。

二、應用案例

1,有效性檢查

近地面大濃度出現在12:00~13:00之間,高海拔濃度峰值出現在相應時期,特别是1.5~3km之間,濃度超過100ppb。19:00以後,近地表臭氧濃度迅速下降,相應高空臭氧濃度迅速下降,2公裡内臭氧濃度低于25ppb。變化趨勢與近地表測量儀器監測結果一緻。

臭氧激光雷達監測設備

2,臭氧局部污染形成與大氣污染輸入

1)高空臭氧輸送監測:

6月6日,臭氧高值出現在1.2-2.5公裡範圍内,濃度為200-240 ppb,持續時間為上午11點至下午17點,與伴随高空光化學的輸送過程相對應。

2)近地表臭氧爆炸監測結果:

6月19日,臭氧過程發生在中午11:00至17:00之間。單一臭氧的高值主要集中在靠近地面1公裡的區域,均超過120 ppb。19日中午12時,高海拔1.5-2.5公裡處約100 ppb濃度的臭氧團也突然出現,持續約1小時。相應的過程可能是由局部污染過程引起的。

3)臭氧局部污染向高空擴散

臭氧在不同高度的時空分布具有不同的特征。臭氧的分布随時間急劇變化,低于1.6公裡,平均超過1.6公裡。500m、700m、900m、1000m臭氧濃度随時間變化趨勢相同,1000m、1500m臭氧濃度變化趨勢基本相同。局部污染擴散高度約為1500米。

三、高空臭氧生成

臭氧雷達監測表明,降雨期間臭氧濃度較低。在第16天和第17天,大臭氧(130 ppb以上)出現在中午12:00至18:00之間,出現時間與近地表臭氧峰值一緻。在16日中午1.3公裡處觀測到臭氧形成,但對近地表沒有影響。這兩天臭氧污染主要發生在局部,日變化明顯。

5,臭氧的外部運輸和沉積

17日下午,雷達圖在海平面以上0.9km處觀測到臭氧輸送帶,與近地表臭氧層結明顯。高空臭氧帶一直持續到18日下午,以前對近地表沒有影響。18日,近地表臭氧濃度開始上升,并在10點左右逐漸下降,持續了很長時間。

6,細顆粒和臭氧的時空分布

霧霾污染過程:15日,污染加劇,顆粒物在2.5km和1.2km附近分布較多,消光系數較大,大于1km-1。在此期間,地面附近的臭氧濃度持續較低。中午臭氧濃度低于20ppb,地面以上2km處臭氧濃度高于120ppb。

清洗過程:地面和高空顆粒物分布明顯減少,消光系數接近0.1km-1。臭氧的空間分布主要表現為:近地低值,濃度小于30ppb;高海拔高值,濃度大于70ppb。然而,19日淩晨1:00,在500m範圍内觀察到顆粒物形成的峰值,相應時期臭氧濃度較低,幾乎耗盡。

臭氧激光雷達監測設備

7,高低空細顆粒物與臭氧的相關性檢測

6月15日早些時候,顆粒物和臭氧的垂直結構表明,細顆粒物濃度與地面800m以下的臭氧呈負相關,與地面1.5km以上的臭氧呈正相關。

顆粒物與臭氧的空間分布差異可能是由于近地面的NO較多,與O3反應轉化為NO2,同時産生細小的顆粒物。在高海拔地區,地源向上輸送過程中NO的氧化消耗量較大,導緻到達高海拔地區的NO減少。

同時,由于高空光化學反應較多,夜間儲存的臭氧較多,導緻顆粒物與臭氧的空間分布存在差異。臭氧激光雷達監測設備提供了空氣質量保障和減排效果評估工作,為環境決策和管理提供了重要科學依據。