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无人机监测揭秘PM2.5时空分布

浏览:2244     发表时间:2015-08-11 10:37:10

 

到底是一楼灰霾重还是30楼重?很多专家认为楼层越高,空气会越清洁,但是在相同水平层面分布是比较均匀的。不过,上海交通大学彭仲仁教授的团队利用无人机监测后发现,在逆温条件下PM2.5楼层分布规律和之前专家的预测并不完全一致。他们将飞机从地面一直往上飞,发现从300多米往上一直到500米,PM2.5的浓度反而越来越高,再继续往上污染浓度又急剧下降。

  学生自制PM2.5监测大杀器

  目前人们研究PM2.5以及空气中其他污染物在垂直空间的分布情况,主要是依赖在高层建筑物上建设监测站点,条件非常受限,所得到的数据非常少。上海交通大学智能交通与无人机应用研究中心主任彭仲仁教授发明了一个“大杀器”。他直接在不同高度测数据,PM2.5在不同地方、不同高度的分布情况一目了然。

  彭仲仁的学生根据需要,组装了一部无人机。考虑到飞机要比较长时间在空中飞行监测,他们选择了可以在空中飞好几个小时、烧汽油的固定翼飞机。因为烧汽油会产生废气,他们将排气管放在飞机尾部,飞机头的位置要搭载监测仪器的平台,这样废气和仪器的距离就比较远了。彭仲仁说,只要不是顺风飞,尾气就不会影响到监测结果,如果是在逆风方向飞行,数据就更可靠了。

  此外,监测仪器那么大,无人机怎么能拖得动?仪器在飞机上怎么控制?这个问题比较棘手。不过美国的空气监测设备厂家解决了这个问题,专门为他们的飞机量身定做了一批监测仪器。彭仲仁说,经过比对,这些小型设备和大型设备监测出来的数据基本差不多,于是监测PM 2.5的“大杀器”就完成了。

  实测数据显示锻炼还是早上好

  到了开始使用大杀器的时候。他们首先确定飞行的区域为一个四公里乘以四公里的正方形范围内,飞行时间分别分布在上午和下午的四个不同时段。飞机起飞之后,让飞机每上升100米就围绕这个正方形盘旋一周然后继续爬升,通过控制装载在飞机上的仪器记录下不同时间,不同位置的PM 2.5浓度。

  监测数据显示,PM 2.5的浓度在清晨6:00-7:30左右最低。随着太阳的逐渐升起,辐射量增加、空气温度升高,人们开始外出活动,污染物排放开始积累,PM 2.5的浓度也随之升高。所以,锻炼什么时候好?从空气污染的角度来看早晨更合适。在水平方向,此前有专家认为,非常细小的PM 2.5在空中的分布是比较均匀的。但彭仲仁团队监测到的实测数据显示,相比PM 10的空间分布确实要均匀很多,但PM 2.5同一水平位置的分布没有此前推测的那么均匀。彭仲仁说,这表明即使在小范围内,PM 2.5浓度仍因风向、地面排放、外部传输等原因呈现不均匀分布。

  而且有一次实测数据发现,PM 2.5也并不完全遵循高度越高PM 2.5浓度越低的规律。有一次他们将飞机从地面一直往上飞,发现从300多米往上一直到500米,PM 2.5的浓度反而越来越高,再继续往上污染浓度又急剧下降。查看温度才发现,气温也是随着地面升高而升高的,而不是每上升100米下降0 .6℃,因此判断300米到500米的这一高度区间恰好有一个逆温层,导致污染物难以扩散。

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  广州借助“小蛮腰”研究PM2.5垂直分布规律

  此前一篇网络帖子中,自称“退役”售楼部小姐称,千万别买9楼到11楼的房子。因为这三层楼的高度是PM 2.5的最爱,是空气最脏的位置。这篇文章的论断很快就被专家和监测人员用理论和数据证明不靠谱。

  在PM2.5的垂直分布规律上,研究的城市并不多。广州借助“小蛮腰”,较早研究了广州PM2.5的垂直分布规律。根据广州市环境监测站的研究,在几十米以下的高度,PM2.5的浓度其实差别不大,越往高处PM2.5浓度越低,空气也就越清洁。但这只是小蛮腰所在位置的监测数据,其它地方是这样吗?中山大学的范绍佳教授曾表示,具体到某栋楼某个楼层,差别是非常大的。因为局部地区的扩散条件、小气候都不一样,一栋楼前面有一口池塘和没有一口池塘情况可能都不一样,根本没办法比较。

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