刘文清：“天地空”立体监测为大气拍“CT”

 
刘文清：“天地空”立体监测为大气拍“CT”  
 

“大气环境监测，既是大气环境质量管理的基础，也是大气环境控制效果评估的依据。”在6月5日“世界环境日”前夕，中国工程院院士、中国科学院安徽光学精密机械研究所首席科学家刘文清接受《中国科学报》专访时，特别提到大气监测对近年来空气质量改善的“基础性”作用。

立体监测支撑空气“好转”

污染成因究竟是什么？污染物在城市间是如何传输的？传输量是多少？是否能预测“污染天”......弄清楚这些问题，需要给大气做“立体CT”。

从事环境监测数十年，刘文清“见证”了中国大气质量的变化。自2013年《大气污染防治行动计划》（“大气十条”）实施以来，各项监测数据表明，我国的空气质量正在变好，尤其是PM2.5浓度大幅下降。

刘文清介绍，2012年，我国《环境空气质量标准》新增指标PM2.5、一氧化碳、臭氧等，开始正式布局空气质量新标的监测。

截止2017年底，国家城市环境空气质量监测网由113个重点城市扩大到338个地级市，国家控制监测点位（简称“国控点”）由661个增加到1436个。

“大气环境监测仅靠这些地面站是不够的，它不能完全说清污染过程、污染特征，以及污染来源和变化趋势等。”刘文清说。大气环境污染的形成、转化、演变和输送，以及复杂的物理化学过程都发生在对流层空间内，具有极强的时空相关性。

他解释道，常规监测站观测的都是近地面的大气污染物，但污染物的垂直分布并不均匀，且高空污染物可通过大气垂直交换影响近地面。比如对流层臭氧污染，更多的是在边界层上层，较高浓度分布在从近地面到1000m的空间范围。

因此，垂直观测对于全面认识大气污染必不可少。

此外，就污染物区域传输而言，多是通过边界层中上层完成的。而且主导风向和地形地貌不同时，污染物传输高度也不同，仅仅使用近地面观测会低估城市间污染传输的量。

“必须提高生态环境监测的立体化水平，通过多种手段综合观测来认识复杂的大气过程。”刘文清表示，这将有助于说清污染源现状、说清环境质量、说清环境风险。

他指出，“立体监测”，是利用光学等遥感技术方法来探测大气中污染物的物理、化学成分及其变化，同时把大气的垂直分布特征以“图景”的方式直观、定量地呈现出来，可“说清”污染的来源、演变与输送过程。从而实现在城市空间尺度上解析每一个重污染过程。

建成“天地空”综合监测网

2017年，集结全国千余名优秀科学家力量的《大气重污染成因与治理攻关项目》（简称“总理攻关专项”）启动，刘文清团队担纲“天地空一体化大气环境跨学科综合观测实验”研究。

目前已建成了我国最大规模的多要素立体观测网络，包括臭氧、气象探空、辐射、气溶胶粒径、组分等要素的空间分布，通过自主研发大气颗粒物和臭氧监测激光雷达等设备，可获得污染物、气象场在不同尺度上的传输特性，从点源、面源到区域的三维分布及其输送特征。

“与以往监测相比，技术手段更全面、监测精度更高，在获取了一系列的排放、气象、化学综合数据后，我们可以进行多技术的交叉印证，为更准确的实现重点排放源的识别和动态监控提供科学支撑。”刘文清说。

基于该监测网数据以及大量数值模拟，基本弄清了京津冀及周边地区大气污染的成因和污染传输路径，达成了科学共识。