秋末冬初本是年夜气净化多发季，但2019年京津冀的冬天遥比去年更“碧蓝”。在这蓝天白云之下，有一项首要的技能在为打赢蓝天捍卫战“保驾护航”，它就是——年夜气监测预警技能。
“年夜气‘监测预警’就像病院中的查验科，邃密、正确、清晰地奉告你，年夜气是否有净化，整个净化水平若何。”在近日由中国21世纪议程治理中间召开的“年夜气净化监测预告预警技能交流会”上，中国工程院院士刘文清暗示，尽管当前的PM2.5均匀浓度显著降低，可是以臭氧、挥发性无机物为代表的“二次净化”不竭呈现，这对年夜气监测提出应战，也是打赢蓝天捍卫战必需攻克的难题。
交流会上，包含张遥航、刘文清院士在内的专家就“年夜气净化成因与节制技能专项”（如下简称“年夜气专项”）中年夜气净化邃密化监测预警技能的立异与突破入行了深刻探究，他们认为区域氛围品质的调控，内因是排放，外因是景象，节制重在泉源的监测以及减排。
捕获年夜气净化的隐形“杀手”
自由基，一个听起来活泼的名称，却在年夜气净化防治中饰演着“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，使其不克不及汇集。另外一方面，自由基会与人为排放的挥发性无机物产生氧化，再与氮氧化物产生反响，天生臭氧以及二次气溶胶，对臭氧净化以及颗粒物净化起到“焦点”作用。
一把双刃剑竖在年夜气中，咱们应当若何扫视它？年夜气专项专家组给出的立场是主观精准、越细越好。
正确监测自由基是基于当前年夜气净化款式的变革趋向，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技能”名目卖力人李歆接受科技日报记者采访时暗示，自2013年国务院公布《年夜气净化防治举措规划》（简称“国十条”）以来，多方措施使PM2.5等一次净化减缓显著，可是，从颗粒物化学构成望，二次成份（即一次净化物的年夜气氧化产品）占比正逐年回升。并且，由挥发性无机物以及氮氧化物在光照前提下产生链式反响天生的臭氧，其浓度程度以及超标率在天下次要都会地域也显现回升态势。
在上述“此消彼长”的净化物转换中，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净化变革的一个首要指标，它的浓度与活泼度成为李歆团队眼中衡量年夜气氧化性程度的标志物。
自由基能轻松监测到吗？跟通例的气态净化物相比，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（微克每一立方米），换算成数浓度为2×1012 cm-3（份子每一立方厘米）。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（份子每一立方厘米）摆布，至关于传统气态净化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泯没，这象征着它时刻都处在变革状况，使患上测准自由基又增长了难度。
实在，丈量OH自由基，从上世70年月起头研究，始终到如今仍有未能攻克的技能难题。李歆团队也是采纳国际上已经经成熟的技能线路——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果断OH自由基的浓度。
他们的方式立异的地方在于，让激光测患上稳、测患上精、测患上准。而暗地里寄托着自立设计的一套测反馈体系、一系列前提试验以及软件摹拟、一条自立建设的自由基浓度的发射装配……也恰是这项技能以及装备的成套运用，使患上我国成为世界上第六个自力掌握这类技能来捕获隐形“杀手”——自由基的国度。
监测固定净化源的超细颗粒
跟着“国十条”等政策的出台，净化物排放尺度愈加严酷，现在针对固定净化源的年夜气情况监测技能早已经入进了超细颗粒物监控期间。
在清华年夜学动力与能源工程系传授丁艳军的名目陈述中，记者望到，我国及世界暖电厂等固定净化源颗粒物排放检测装备，虽能在线监测5mg/m3（毫克每一立方米）如下的超低排放，但仅能丈量排放烟尘的总品质浓度，没法完成细、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技能，只能得到与烟尘总品质浓度相对于应的一维光学信息，并且当情况前提变革时，烟尘粒谱以及折射率就会产生变革，该技能因没法感知烟尘特性变革，入而会影响丈量效果的正确性。”丁艳军奉告记者，名目组凭据光波与颗粒物之间的散射瓜葛，操纵旌旗灯号丈量以及反演旌旗灯号处置算法患上出烟尘浓度中的PM十、PM2.五、PM1数值，终极完成固定净化源粒谱与品质浓度联合丈量。
值患上存眷的是，课题得到的实践方式以及关头部件均申请了专利，此中散射光旌旗灯号气溶胶特性获取方式及其运用申请了PCT国际发现专利，日本以及美国专利均已经受权。
对付固定净化源的监测，除了了必要有高精尖的技能尺度，还患上有合适我国现实工况的净化物监测技能。
丁艳军奉告科技日报记者，对付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患上丈量激光没法穿透而失效。
名目组针对这类环境，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技能，完成了我国年夜量高灰燃煤机组烟气脱硝的氨逃逸监测。别的，还针对飞灰吸附年夜量逃逸氨的最新研究功效，在国际上起首研收回烟尘中飞灰吸附氨的在线监测技能，胜利完成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以及严酷节制提供关头技能支撑以及包管。”丁艳军说。
探访年夜气鸿沟层净化的三维平面信息
2018年冬，一个为期15天、超过2000千米的年夜型景象观测试验准期举办。
“这是一次年夜规模、多平台、多要素年夜气净化综合观测实验。”该试验名目卖力人、中国迷信院年夜气物理研究所研究员胡非暗示，此次试验是为了获取京津冀地域点面连系、三维平面的年夜气净化散布信息，出格是获取年夜气鸿沟层中年夜气净化物与景象要素的高辨别垂直散布以及时间蜕变特性。
试验的难度在于地面探测，又是守看京津冀地域，是以取名“看都试验”。与高空固定净化源监测技能分歧，“看都试验”次要针对年夜气鸿沟层中净化物以及景象要素垂直布局同步联合探测的有余，开展综合探测与技能突破。
缘由在于，间隔高空1到2公里的年夜气鸿沟层主导着地气之间的物资以及能量互换，是人类糊口以及工程勾当的次要场合，也是年夜气净化以及景象灾害的次要产生地。胡非奉告记者：“如斯高的范畴内，要完成空间上全笼盖、成份上要素全、时间上可一连成为一个详细的难点。”
一场“地空”一体的年夜气净化监测试验在京津冀地域“上演”——32米长、体积为1800多立方米的年夜型气艇像放鹞子同样飘在1000米地面，“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入行走航观测、京津冀地域的一批高空观测台站等也施行同步协同观测……，为了支持我国南北方年夜气净化特性的比拟，2000千米外的珠三角、356米高的深圳景象塔以及600米高广州电视塔的监测装备同期共同“看都试验”展开观测。
在此次观测实验中，名目自立研发的新型臭氧激光雷达、二氧化氮激光雷达、地面湍流超声风速仪探测体系和涡度相干PM2.5湍畅通流畅量观测体系等也首次表态。
胡非暗示，这次试验获得了之前次要基于高空观测或者便携式仪器探空观测所不克不及获得的净化物物理化学要素邃密布局的新信息以及新征象，可为揭示京津冀地域重净化造成机制、净化物源解析和年夜气净化优化节制提供迷信参考。(记者 何亮)