秋末冬初本是年夜气污染多发季，但2019年京津冀的冬季远比往年更“碧蓝”。在这蓝天白云之下，有一项主要的手艺在为打赢蓝天捍卫战“保驾护航”，它就是——年夜气监测预警手艺。
“年夜气‘监测预警’就像病院中的查验科，邃密、精确、清晰地告知你，年夜气是不是有污染，全部污染水平若何。”在近日由中国21世纪议程办理中间召开的“年夜气污染监测预告预警手艺交换会”上，中国工程院院士刘文清暗示，固然当前的PM2.5均匀浓度明显降落，可是以臭氧、挥发性有机物为代表的“二次污染”不竭闪现，这对年夜气监测提出挑战，也是打赢蓝天捍卫战必需霸占的困难。
交换会上，包罗张远航、刘文清院士在内的专家就“年夜气污染成因与节制手艺专项”（以下简称“年夜气专项”）中年夜气污染邃密化监测预警手艺的立异与冲破进行了深切切磋，他们以为区域空气质量的调控，内因是排放，外因是景象形象，节制重在泉源的监测和减排。
捕获年夜气污染的隐形“杀手”
自由基，一个听起来活跃的名称，却在年夜气污染防治中饰演着“阴阳师”的脚色。
一方面，它是年夜气有毒物资的“清道夫”，自由基的存在不竭调理着年夜气情况中的有毒成份，使其不克不及堆积。另外一方面，自由基会与报酬排放的挥发性有机物产生氧化，再与氮氧化物产生反映，天生臭氧和二次气溶胶，对臭氧污染和颗粒物污染起到“焦点”感化。
一把双刃剑竖在年夜气中，我们应当若何审阅它？年夜气专项专家组给出的立场是客不雅精准、越细越好。
精确监测自由基是基于当前年夜气污染款式的转变趋向，北京年夜学情况学院研究员、“年夜气自由基及活性前体物在线丈量手艺”项目负责人李歆接管科技日报记者采访时暗示，自2013年国务院公布《年夜气污染防治步履打算》（简称“国十条”）以来，多方办法使PM2.5等一次污染减缓明显，可是，从颗粒物化学构成看，二次成份（即一次污染物的年夜气氧化产品）占比正逐年上升。并且，由挥发性有机物和氮氧化物在光照前提下产生链式反映天生的臭氧，其浓度程度和超标率在全国首要城市地域也显现上升态势。
在上述“此消彼长”的污染物转换中，自由基就是阿谁缺其不成的“催化剂”。是以，自由基成为监测年夜气污染转变的一个主要指标，它的浓度与活跃度成为李歆团队眼中权衡年夜气氧化性程度的标记物。
自由基能轻松监测到吗？跟常规的气态污染物比拟，自由基的浓度很是低。李歆先容，年夜气中臭氧的浓度尺度是160μg/m3（微克每立方米），换算成数浓度为2×1012 cm-3（份子每立方厘米）。而对年夜气氧化性进献最年夜的羟基自由基（OH）的峰值浓度程度仅在107cm-3（份子每立方厘米）摆布，相当于传统气态污染物浓度的十万分之一。并且，自由基的活性很是强，OH自由基的概况被任何物资碰着城市湮灭，这意味着它时刻都处在转变状况，使得测准自由基又增添了难度。
实在，丈量OH自由基，从上世70年月起头研究，一向到此刻仍有未能霸占的手艺困难。李歆团队也是采取国际上已成熟的手艺线路——激光引诱荧光的方式，即用一束激光打到OH自由基上，激起OH自由基开释出荧光，经由过程监测荧光旌旗灯号的强弱来判定OH自由基的浓度。
他们的方式立异的地方在于，让激光测得稳、测得精、测得准。而背后依托着自立设计的一套测反馈系统、一系列前提尝试和软件摹拟、一条自立扶植的自由基浓度的发射装配……也恰是这项手艺和装备的成套利用，使得我国成为世界上第六个自力把握这类手艺来捕获隐形“杀手”——自由基的国度。
监测固定污染源的超细颗粒
跟着“国十条”等政策的出台，污染物排放尺度更加严酷，现在针对固定污染源的年夜气情况监测手艺早已进进了超细颗粒物监控时期。
在清华年夜学能源与动力工程系传授丁艳军的项目陈述中，记者看到，我国及世界热电厂等固定污染源颗粒物排放检测装备，虽能在线监测5mg/m3（毫克每立方米）以下的超低排放，但仅能丈量排放烟尘的总质量浓度，没法实现细、超细颗粒物粒谱散布的高精度在线监测。
“传统的单路光颗粒物光学散射手艺，只能取得与烟尘总质量浓度相对应的一维光学信息，并且当情况前提转变时，烟尘粒谱和折射率就会产生转变，该手艺因没法感知烟尘特点转变，进而会影响丈量成果的精确性。”丁艳军告知记者，项目组按照光波与颗粒物之间的散射关系，操纵旌旗灯号丈量和反演旌旗灯号处置算法得出烟尘浓度中的PM10、PM2.5、PM1数值，终究实现固定污染源粒谱与质量浓度结合丈量。
值得存眷的是，课题取得的理论方式和关头部件均申请了专利，此中散射光旌旗灯号气溶胶特点获得方式及其利用申请了PCT国际发现专利，日本和美国专利均已授权。
对固定污染源的监测，除需要有高精尖的手艺尺度，还得有合适我国现实工况的污染物监测手艺。
丁艳军告知科技日报记者，对产业烟气脱硝氨逃逸监测，入口仪表不管来自美国、欧洲，仍是日本，都没法知足我国年夜量高灰燃煤机组烟气中氨逃逸的监测，由于烟气中年夜量的飞灰使得丈量激光没法穿透而掉效。
项目组针对这类环境，研发了高精度、高活络度、可在线标定的原位取样氨逃逸在线监测手艺，实现了我国年夜量高灰燃煤机组烟气脱硝的氨逃逸监测。另外，还针对飞灰吸附年夜量逃逸氨的最新研究功效，在国际上起首研发出烟尘中飞灰吸附氨的在线监测手艺，成功实现了烟气脱硝氨逃逸总量的周全监测。
“这将为我国产业进程中普遍存在的烟气脱硝氨逃逸的周全监测和严酷节制供给关头手艺撑持和包管。”丁艳军说。
探访年夜气鸿沟层污染的三维立体信息
2018年冬，一个为期15天、逾越2000千米的年夜型景象形象不雅测尝试如期进行。
“这是一次年夜范围、多平台、多要素年夜气污染综合不雅测实验。”该尝试项目负责人、中国科学院年夜气物理研究所研究员胡非暗示，此次尝试是为了获得京津冀地域点面连系、三维立体的年夜气污染散布信息，出格是获得年夜气鸿沟层中年夜气污染物与景象形象要素的高分辩垂直散布和时候演化特点。
尝试的难度在于高空探测，又是守看京津冀地域，是以取名“看都尝试”。与地面固定污染源监测手艺分歧，“看都尝试”首要针对年夜气鸿沟层中污染物和蔼象要素垂直布局同步结合探测的不足，睁开综合探测与手艺冲破。
缘由在于，间隔地面1到2千米的年夜气鸿沟层主导着地气之间的物资和能量互换，是人类糊口和工程勾当的首要场合，也是年夜气污染和蔼象灾难的首要产生地。胡非告知记者：“如斯高的规模内，要实现空间上全笼盖、成份上要素全、时候上可持续成为一个具体的难点。”
一场“地空”一体的年夜气污染监测尝试在京津冀地域“上演”——32米长、体积为1800多立方米的年夜型气艇像放鹞子一样飘在1000米高空，“空中国王”飞机搭载着装备在空中穿行，激光雷达以北京为中间进行走航不雅测、京津冀地域的一批地面不雅测台站等也实行同步协同不雅测……，为了支持我国南北方年夜气污染特点的对照，2000千米外的珠三角、356米高的深圳景象形象塔和600米高广州电视塔的监测装备同期共同“看都尝试”展开不雅测。
在此次不雅测实验中，项目自立研发的新型臭氧激光雷达、二氧化氮激光雷达、高空湍流超声风速仪探测系统和涡度相干PM2.5湍畅通量不雅测系统等也初次表态。
胡非暗示，此次尝试获得了之前首要基于地面不雅测或便携式仪器探空不雅测所不克不及获得的污染物物理化学要素邃密布局的新信息和新现象，可为揭露京津冀地域重污染构成机制、污染物源解析和年夜气污染优化节制供给科学参考。