山西科技 ２０１８年第３３卷第３期 文章编号：１００４－６４２９（２０１８）０３—００８７—０３ 收稿日期：２０１８—０３—２０ 基于激光雷达技术的太原典型雾霾天气研究 王玉芬 （太原市环境监测中心站，山西太原，０３０００２） 摘要：由于太原独特的气候和地理位置，每年冬季供暖期间雾霾天气反 复出现，严重影响人们的健康和正常生活。采用ＥＶＥ低功率激光器对太 原市雾霾天气进行监测，通过消光系数、退偏比和ＰＢＬ等参数系统分析研 究污染天气的特征，结果表明：西南、西北方向的污染迁移传输是太原市 空气质量恶化的主要原因，空气质量的提高依赖于较大持续风力的出现 和对相邻区域的污染监测、管理。 关键词：雾霾天气；消光系数；退偏比；ＰＢＬ；空气质量；太原市 中图分类号：Ｘ５１３ 文献标识码：Ａ 环境问题一直是人们关心和研究的焦点、热点课 题［１］，雾霾天气不仅影响人们的Ｅｔ常出行，更重要的是 直接导致环境空气质量的下降，严重危害人们的身体 能量为１０ 、频率为２ ５００ Ｈｚ，高频低功耗不仅能实现 脉冲数的极大累加，得到足够强的回波信号，而且可以 保证人眼的安全，同时雷达的透射式同轴光学系统，极 健康＿２＿。本文利用激光雷达探测技术对太原市的雾霾 天气进行研究，以期为改善太原空气质量提供珍贵的 数据资料。 大地缩减了多数脉冲雷达使用卡塞格林式光路设计所 产生的低空盲区＿６＿，使盲区降低至４５ １ＴＩ。 ２测试点位选取 太原市位于山西省境，太原盆地的北端，华北 １ ＥＶＥ激光雷达工作原理 激光束在大气中传输时遇到空气分子、气溶胶等 地区黄河流域中部，区域轮廓呈蝙蝠形，东西横距约 １４４ ｋｍ，南北纵约１０７ ｋｍ，西、北、东等３面环山，中、南 部为河谷平原，整个地形北高南低逐渐倾斜，展口向南 呈簸箕形［７］。太原独特的地形和纬度使其具备暖温带 成分便会发生散射、吸收等作用，其中后向散射光被光 电探测器接收转换成电信号ｌ３］。激光雷达利用这种原 理并结合相关算法便可以实现对气体浓度、成分、大气 垂直消光廓线等相关参数的反演，实现对大气的实时 监测分析。激光雷达具有分辨率高、抗有源干扰能力 强、低空探测性能好、体积小、质量轻等优点，已成为测 量大气气溶胶和云雾粒子的重要技术手段，在大气辐 射、光传播等领域得到了广泛的应用 ］。 ＥＶ—Ｌｉｄａｒ—ＣＡＭ微脉冲激偏振光雷达主要由以下 性季节气候，夏季降雨集中，冬春季干旱多风，有 利于污染的消散；秋季气温下降快、风少，低空汽车尾 气、灰尘和工业尾气难以扩散和稀释，从而导致了雾霾 污染天气的反复出现［８］。 太原市作为北方城市，采暖期的燃煤污染一直是 制约空气质量进一步改善的瓶颈之一。每遇采暖期，大 部件组成：半导体偏振脉冲激光器，激光发射和信号接 收的光学系统，高灵敏度光电探测器，一个高速多道计 数器和计算机，以及控制和数据软件处理器。图１为激 光雷达ＥＶ—Ｌｉｄａｒ—ＣＡＭ工作原理图。如图１所示，３Ｄ 可视型５３２ ｎｍ激光雷达ＥＶ—Ｌｉｄａｒ—ＣＡＭ单脉冲输出 量燃煤采暖锅炉投入运行，尤其是数以万计的城中村 小燃煤采暖锅炉，没有任何的环保设施，低空近地面排 放，煤烟型污染十分突出。与燃煤量增加相对应的就是 污染排放量的增加。在污染排放增加的情况下，太原３ 面环山的地理条件不利于污染物的水平扩散，而冬季 ８７ 王玉芬基于激光雷达技术的太原典型雾霾天气研究 本刊Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｘｋｊｚｚｓ＠１６３．ＣＯＩ１］ 问题探讨 图１ ＥＶ－Ｌｉｄａｒ－ＣＡＭ 频发的逆温天气又不利于污染物的垂直扩散。在静风 自西北方向。 天气，这就相当于污染物在一个封闭的空间内积聚，势 必造成污染物的累积，使空气污染加重，雾霾天气频 发。太行山对于太原来说就相当于一个阻隔层，既阻隔 了来自华北平原的水蒸气和污染物的迁移，也阻挡了本地污染物的扩散稀释。综合太原的气候和地形特点， 本次测试时间选择在１１月４日一８日，地点为太原南 部的太原学院。 为了分析太原市重污染天气的产生及扩散过程， 区分污染气团跨境输送与本地污染源对空气质量的影 响，研究应对重污染天气的解决方案，我们利用ＥＶ－ Ｌｉｄａｒ—ＣＡＭ实时获取高空气溶胶的垂直分布情况及时 空演变特征。通过系统演算可以直接得到如下数据信 息：大气消光系数、大气边界层高度ＰＢＬ、退偏比、颗粒 物浓度反演值ＰＭ１０／２．５、雾霾与不规则颗粒物的区分 ３ 太肺雾霾天气测试 考值如表１１）￣４Ｈ 界层 １１月４日ｍ８ １ｑ，太原市风力大小变化曲线见图 Ｌ２。由图２不难发现，此次监测过程中，太原市的风力大 从１ ０００ ｍ降至６００ ｍ，扩散条件转差，高空存在污染 团下沉，同时近地面污染物积累；雷达退偏比为０．１１， 小整体在３级以下，无持续风力作用。 图３为太原市后向气流轨迹图，图中的气流高度 污染物主要为细颗粒物。１ １月４日上午开始边界层大 幅抬升，污染物快速扩散，雷达消光系数小于０．５，污染 设置在５００ ｉｎ。从图３可以看出：１１月４ Ｅｌ开始至１１ 月６日晚间，气流主要来自西南方向；１１月６ Ｅｔ晚间 至７日晚间，受３～４级西北风影响，高空气流主要来 减轻。１１月４日晚间，边界层再次降低至６００ ｉｎ，扩散 能力转差，高空颗粒物传输现象加重。１１月５日凌晨污 染沉降到近地面，消光系数大于１，退偏比在０．０３左 ３ ２ Ｓ ２ ，ｓ Ｏ８ ００ ｛６００ ０８ Ｏ０ ６ ００ １１－０５ 时间 一。 图２太原市风力变化曲线 ８８ 王王芬 基于激光饼达技术的太原舆犁雾霾天气研究 山ｌ９“ ２０卜 ∞。Ｊｊｏ∞ 薹 ｄ ＼ 《 ｛２ 卷 姗 一，～／２嚣０００ ’８住０６侣 ｏ６地’２ ０６ｏ６ｊ １ ｌ ，‰ ｛ｇ ：杈落３７６９５∞ｏ ＩｏＪｎｏ：ｂ１ Ｓｔａ６ａｏ：８Ｔ∞ｈｕ０” ２。” Ｍｅｔｅｏｒ嬲蹦 ｏ￣ｏｇｙ：００００Ｚ ８ Ｎｏｖ∞１７ ＧＤＡＳ＇躁 ｈ毗Ｐｏｒａｔｉ¨ｃ．ｏｎ ｄ：２ｄ４温 ｖｄ。。～ 笨ｌ ３太原市后 气流轨迹 表１测试数据参考值 消光系数参考值 退偏比参考值 蓝天白 【）．１～０３ 大气纯分子 Ｏ．Ｏｌ～０．０２ 霾 ０．５－２．５ 霾（细颗粒物） ０．０８～Ｏ．１ｌ 雨 ２。０～４．０ 粗气溶胶 ０．１～０．２ 娴 ４．０～５．０ 沙尘气溶胶 ０．２～Ｏ．３ 云层、大雾 ＞５．０ 冰品 ０．４８ 右，污染情、ｆ兄加霞，ｆ十｛现雾霾天气。１１月５日，雷达数据 示近地面积累＿ｒ较多的细颗粒物，受Ｉ岛湿气象条件 的影响，细颗粒物吸湿增长，且边界层进一步降至４００ ｒＴ１＇扩散条件极羞，污染进一步加重。１１月６日至７日， 在持续两北风的作用下，边界层大幅抬升，扩散条件转 好，雷达数据显示污染情况大幅减轻，污染物主要为粗 颗粒物。Ｊ １月７ Ｈ晚问，雷达监测到高空ｆｆ｛现粗颗粒物 下沉，但未降至近地面。 ５ 结论 ｌｌ门４日一８【１，太原市经历了一次“轻度～ｌ＿ｆ｜ 度一最度一良”的污染过程。本次污染过程主要来自西 南、西北方向外来污染物入境传输，同时也受到本地污 染积累的影响，污染物主要为ＰＭ２．５，存风力作用下最 本刊Ｅ－ｎ，ａｉｌ：ｓｘｋｊｚｚｓ￣Ｉ６３ 【ｌＩＩ 】问题探讨 终改善。太原市秋季湿瞍较大 风力小，扩散条件转差， 易受到外来污染物输入的影响。为提高太原市空气质 量，我们应加强周边城市污染源的排食管控力度，减少 污染物的输送；同时，存 污染天 （求临时，采取机动 车限行、供暖锅炉错峰 Ｉｌ 、』ＪＩ】大 、 企业执法监管力 度、加强施丁现场清洁降 等措施术有效减少本地污 染物的积累。 参考文献 ［１］周涛，汝小龙．北京ｉ 雾短天气成 及治理措施研究 ［Ｊ］．华北电力大学学报（礼会利．学版），２０１２（２）：１２—１６． ［２］段再明．解析山西雾程天气的成因［Ｊｊ．太原理Ｔ 大学学报，２０ｌｌ，４２（５）：５３９—５４１． ［３］戴永江．激光雷达原理［Ｍ］．北求：圈防１一业ｆ｛；版 礼．２００２． ［４］情】军，岳ｒ 明，戚＿ｆＪ【｝｛第，等．大气 Ｃ溶胶光 学特性激 光雷达探测［Ｊ］．遗子电子学报，１９９８（２）：１４０—１４８． ［５］邱金桓，郑斯平，黄其荣，等一匕京地区对流层ｑ１上 部云和气溶胶的激光雷达探测［Ｊ ．大气科学，２００３，２７ （１）：ｌ一７． ［６］郭京伟．卡塞格林式激光甫达结构： ”同， ＣＮ２０３４０５５７０Ｕ［Ｐ］．２０１４—１２—１３． ［７］苗爱梅．地形埘太原市污染物稀释扩散影响的模 拟试验［Ｊ］．气象学报，２００４，６２（１）：ｌ １２—１ １８． ［８］周晋红，张军，刘武华．近４５年术 原气候变化特 征研究［Ｊ］．干旱地 农业研究，２００８，２６（３）：７一ｌ３． （ ｆｔ编辑：孔晓俊） 作者简介．１ｒ１三芬，女，ｌ９６５年，Ｉｉ．太原市环境 测 中心站高级 ｒ程师。 （下转第ｌｌ７贞） ８９ 柳彦从浅议技术规格书在招标采购中的应用 本刊Ｅ－ｍａｉｈｓｘｋｊｚｚｓ＠１６３ｃｏｍ ．问题探讨 ３结语 一建筑，２０１２（１）：６６—６８． ［２］周静瑜．国际化项目中Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ（ 术规格书） 份好的技术规格书，作为重要的技术指导和约 束性法律文件，在招标采购中有着广阔的应用空间，加 强技术规格书的内容规范编写，是规避风险投资、确保 资金安全利用、保障工程质量的根本措施，在加强招标 采购过程管理、提高工程材料／＿设备品质、控制成本等方 面具有潜在的应用价值和作用。 参考文献 的知识要点及应用［Ｊ］．建筑经济与管理，２０１４（５）：６０８— ６１０ ［３］解仲英，毛浓召．浅议技术规格书的制定［Ｊ］．石油 工业技术监督，２００８（４）：１７—２１． （责任编辑：孑Ｌ晓俊） 作者简介：柳彦从，女，１９８２年生，太原天然气有限 公司工程师。 ［１］赵光．技术规格书在工程项目中的应用［Ｊ］． 绿色 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｂｉｄｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｕｒｅｍｅｎｔ ＬＩＵ Ｙａｎｃｏｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａｓ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｑｕａｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｐｕｂｌｉｃ ｂｉｄｄｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｓｏｍｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅｓｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｉｆｃａｔｉｏｎ；ｂｉｄｄｉｎｇ；ｐｕｒｃｈａｓｉｎｇ；ｃｏｍｐｉｌａｔｉｏｎ （上接第８９页） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｔｙｐｉｃａｌ Ｈａｚｅ Ｗｅａｔｈｅｒ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＷＡＮＧ Ｙｕｆｅｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｉｑｕｅ ｃｌｉｍａｔｅ ａｎｄ ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ，ｆｏｇ ａｎｄ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｏｃｃｕｒ ｒｅｐｅａｔｅｄｌｙ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ ｎｏｒｍａｌ ｌｉｆｅ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ， ｔｈｅ ＥＶＥ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ ａｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ，ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ＰＢＬ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｔｈａｔｆ ｔｒａｎｓｆｅｒ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ ａｎｄ ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｔａｉｙｕａｎ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ｏｆ ｌａｒｇｅｒ ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｒ ｆａｄｊａｃｅｎｔ ａｒｅａｓ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｈａｚｅ ｗｅａｔｈｅｒ，ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ，ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ，ＰＢＬ，ａｉｒ ｑｕａｌｉｔｙ；Ｔａｉｙｕａｎ １１７
