南京及周边区域亚青期间大气监控预警走航观测研究

张祥志，王自发，谢品华，王晨波，刘建军，杜嵩山，何 源，汤莉莉

1．江苏省环境监测中心，江苏南京210036

2．中国科学院大气物理研究所，北京100029

3．中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031

4．济南市环境监测中心站，山东济南250013

随着经济发展和城市化进程不断加快，大气污染问题逐渐突出，持续性重污染事件频发［1-2］。针对区域性大气污染问题，通常采用地面监测站网观测结合遥感监测，研究区域大气污染特征［3］。但为了进一步掌握了区域大气污染分布和输送规律，提升监测系统大气深度观测解析和模式预报能力，走航观测是解决此类问题的有效手段［4］。此类观测可提供较大范围的监测结果，可以进行实时测量，机动性较强。其中激光雷达、差分吸收光谱技术在气溶胶、痕量气体的垂直分布监测中发挥了重要作用［5］。

运用被动DOAS技术，将天顶太阳散射光作为光源，通过测量天顶紫外/可见吸收光谱来研究整层大气中痕量气体的垂直柱密度和空间分布情况，其实时机动测量的优点，得到国内外研究者的青睐。Galle等人使用被动DOAS技术研究了火山排放气体的成分组成情况［6］。McGonigle等人则用该技术对污染源污染气体的排放进行了测量［7］。陈敏东等利用AML-3车载式大气环境污染激光雷达系统对近地面、高空的O3时空分布及温度、风速进行监测与分析，总结北京地区的臭氧污染分布及影响因子［8］。谢晨波等研制车载式拉曼－米散射激光雷达，用于大气能见度、垂直对流层气溶胶和水汽混合比的探测［9］。谢品华、李昂等利用车载被动DOAS系统在奥运前后分赛前和赛时不同时段，对北京市某大型钢铁企业污染气体的排放通量进行了连续观测，采用围绕区域一周连续进行测量的方法，根据风向、风速，判断进、出该区域通量的差获得净通量［10］。吴丰成等利用车载DOAS技术分别在上海世博和广州亚会期间，对上海及广州重点工业区SO2、NO2进行了监测，并与站点点式仪器测量结果进行对比［11-12］。但这些研究存在时间较短或者观测范围小等缺点。

为了解亚青会期间南京及周边地区大气污染物的来源、时空分布和输送规律，测试空气质量数值预报模式模拟能力，江苏省环境监测中心联合中科院大气物理所、中科院安徽光机所、南京大学、南京市环境监测中心站等15家单位，运用4辆走航观测车，开展了为期一个月的夏季联合强化观测，观测区域覆盖江苏沿江8市及安徽部分地区。该次走航观测有力支撑了亚青会的空气质量保障，为2014年青奥会空气质量保障积累了经验。

1 走航观测方法

1.1 观测原则

该次走航观测原则上按照“三横三纵”(见图1)框架开展，该框架依托江苏发达的高速公路网，综合考虑夏季季风、污染物传输通道和固定测站分布情况，观测区域覆盖了南京及其周边区域。在实际走航观测工作中，具体时间和路线则是在框架内结合固定测站和模式预报的结果进行设计，从而提高观测的针对性和目的性。如固定测站和模式预报观测到某地区的大气污染物浓度明显上升，那么监测车即从南京出发，沿着框架路线向该地区行驶，并沿途进行观测，达到目的地后，再对目标地区进行环绕扫描;如发现异常高点，还可以进行固定点位的观测。

图1 夏季联合强化观测期间移动观测主要路线

1.2 观测目的

观测目的主要分两个方面。一是了解亚青会期间南京及周边地区大气污染物的来源、时空分布;二是了解南京及周边地区夏季光化学污染物臭氧的传输特征。

1.3 观测方案

1.3.1 南京及周边地区移动观测

根据数值预报模式的预报结果，出动4辆观测车，沿“三横三纵”路线开展走航观测，从而了解亚青会期间南京及周边地区主要污染物的整体空间分布和输送规律，并与模式互相校验比对。

中科院大气物理研究所的移动观测车将主要以观测各污染气体为主，包括 NO、NO2、NOx、O3、SO2、CO等。济南市环境监测中心站移动观测车则主要以气溶胶激光雷达(ASL 300)和多普勒测风雷达(WLS 70)观测为主，以获取垂直方向上的气溶胶消光系数和气象参量为主。因此大气所和济南环境监测中心两辆移动观测车可以互相辅佐，同时兼顾地面和垂直，进行协同观测。

中科院安徽光机所两台移动监测车，SOFFTIR，DOAS及风廓线仪等污染源排放测量系统，与大气所移动观测车统一协调，沿着不同的路线，对区域和城市上空的VOC、SO2、NO2等进行扫描测量，获得区域SO2、NO2柱浓度水平分布图，揭示区域/城市的污染气体的水平分布特征。

1.3.2 重点工业区污染源排放移动监测

沿工业区周边/界面开展走航观测，获得测量路径上 SO2、NO2、VOC、NOx、O3等光化学污染前体物的分布，结合风场数据，模拟得到工业区的污染气体排放通量，所获取的数据用于更新数值预报模式中的污染源排放清单。

2 观测结果分析

走航观测自2013年8月4—23日，共累积开展了20个工作日的测量，走航行程超过了1 000 km，获取了大量有效数据，通过进一步综合分析，初步揭示了以下2个结论。

2.1 内源是影响南京市空气质量的主要因素

亚青会期间，虽然南京市采取了一定的管控措施，但内源仍是影响南京市空气质量的主要因素。南京内环走航观测结果显示(图2)，机动车排放对NO2贡献明显，尤其在机动车流量密集地区，影响尤为明显。南京小绕城走航观测结果显示(图3)，南京扬子石化等工业区排放的SO2、NO2明显高于主城区，在东北风作用下，会影响南京市区空气质量。

图2 南京内环走航观测大气污染物特征

图3 南京小绕城走航观测NO2、SO2特征

2.2 外源输入对江苏省空气质量有重要影响

江苏地处平原，区内地势平坦，无论是来自北方沙尘的影响，还是来自南部污染物扩散，都会直接影响到江苏，从而使该省成为南北大气污染物主要输送通道。苏南地区走航观测结果显示，8月份南通、苏州两市O3重污染天气除受内源影响外，来自省外东南方向的外源输送贡献不可小觑(图4)。

从南京周边地区走航观测结果结合后向轨迹追踪分析可知，受江苏省外西南方向污染物传输的影响，南京部分地区的SO2、NO2浓度出现高值，见图5。

图4 南通市走航观测臭氧特征

图5 南京市周边地区走航观测NO2、SO2特征

3 结论

1)机动车移动源排放NO2对夏季南京空气质量影响明显;

2)工业源排放的SO2、NO2对南京主城区空气质量产生一定影响;

3)造成南京及周边区域夏季臭氧污染的原因一方面是由于内源排放，另一方面来自省外东南方向的污染物传输;

4)江苏省外西南方向排放的大气污染物，对南京空气质量影响明显。

［1］钟流举，郑君瑜，雷国强，等．空气质量监测网络发展现状与趋势分析［J］．中国环境监测，2007，23(2)：112-118．

［2］刘娟．长三角区域环境空气质量预测预警体系建设的思考［J］．中国环境监测，2012，28(4)：135-140．

［3］黄嫣旻，魏海萍，段玉森，等．上海世博会环境空气质量状况和原因分析［J］．中国环境监测，2013，29(9)：58-63．

［4］陈焕盛，王自发，吴其重，等．空气质量多模式系统在广州应用及对PM10预报效果评估［J］．气候与环境研究，2013，18(9)：427-435．

［5］周海金．大气气溶胶与痕量气体廓线MAX-DOAS遥测方法研究［D］．中国科学技术大学，2013．

［6］Galle B，Oppenheimer C，Geyer A，et al．A miniaturized ultraviolet spectrometer for remote sensing of SO2fluxes：a new tool for volcano surveillance［J］．Journal ofVolcanology and GeothermalResearch，2003，119(1)：241-254．

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［8］严茹莎，陈敏东，高庆先，等．北京夏季典型臭氧污染分布特征及影响因子［J］．环境科学研究，2013，26(1)：43-49．

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