在黑色的夜幕中，一束激光如同一根闪亮的金针直插天空，实时监测着从地面到10公里高空范围内的雾霾分布并分析其成分。这便是中国科学家在雾霾探测中的“新式武器”——激光雷达。

新技术助力探霾
 

激光雷达技术早在上世纪六十年代就已经被应用于海水深度测量中，之后应用领域不断扩展。但在雾霾探测领域，它还是一个加入战场没几年的“新兵”。
 

相对于微波与电磁波，光波具有更短的波长，因此可以与大气中的分子和浮尘相互作用，从而实现对雾霾的探测，这就是激光雷达探测雾霾的工作基础。激光雷达技术可以实时监测雾霾，帮助我们了解雾霾的形成、变化和消散过程。
 

2019年5月，由中科院合肥物质科学研究院牵头研制的“新型探霾激光雷达”项目，通过了由科技部组织的综合验收。在此之前，我国并不掌握这种探霾激光雷达的核心技术，只能从国外整机进口。这意味着该项目的验收，不仅仅提高了我国的探霾水平，更是一举打破了发达国家对激光雷达核心技术的垄断，成功实现了整机国产化，并在产品应用方面走在了国际前列。目前，这种新型激光雷达已经在京津冀、长三角、珠三角、川渝等人口密集区规模化布局组网，实时监测空气质量。
 

新技术带来精度更高的探测结果，准确知道了雾霾的成分以及它从哪里来、去往何处，有助于研究人员解析污染的成因，为雾霾的研究与治理提供了更详细的信息，有利于精准治霾，将为我们在这“看得见的战场”上，获取更大的优势。

激光雷达锐眼识霾
 

大气颗粒物是造成雾霾天气的主要凶手之一，传统的探测仪器和方法只能获取近地面的观测数据，无法获取大气颗粒物的空间分布信息。激光雷达技术的出现，使颗粒物的空间特性探测成为可能。
 

激光雷达发出的激光束就像一根根“探针”，可以直接获取大气污染物的观测数据。分析每一根“探针”所获得的数据，能够动态、实时地了解雾霾的时间和空间分布、传输通道和总量等关键信息。
 

激光雷达为科学家们建立起了大气污染传输通道的立体观测网。一根根“激光针”从平原、山脉、海上向天空发射，还能以车载、船载的形式移动，这些“激光针”组成了一个三维立体的大网，为治理空气污染绘制出一幅污染物传播的三维立体“路线图”。除了固定位置的“激光针”之外，还有与之配合的针对重污染时段和重污染过程的车载走航、机载观测地基遥感和卫星遥感观测。
 

激光雷达作为探测大气颗粒物的工具，具有高时空分辨率、高探测精度、可以连续探测等优点，能够帮助我们准确全面地掌握大气污染状况，认识雾霾的发展规律和时空演变，为雾霾防治提供技术支撑。
 

“消除雾霾，重塑蓝天”已成为改善民生的当务之急。我国政府在实施加强监管污染企业、提高燃料排放标准、减少煤炭消耗等一系列大气防治措施的同时，也在逐步改善国内大气检测分析技术创新的科研条件，力求推动我国大气检测技术的更新和发展。中科院合肥物质科学研究院安徽光机所环境光学中心刘文清院士课题组，针对我国区域性大气雾霾污染的现状，对激光雷达技术的应用进行了很多探索。
 

近地雾霾高清探测
 

新型探霾激光雷达可消除传统探测技术的“盲区”，更加精确、清晰地对从地面到500米高空的近地雾霾进行垂直立体探测，有助于解析污染成因，从而精准治霾。美国地球物理学会学术期刊《地球与空间科学》发表了该成果。
 

中科院合肥物质科学研究院副研究员王珍珠等人研发的这种激光雷达新技术，可对从地面到2公里高空范围内的雾霾进行精确、清晰的垂直立体探测，解决了先前从地面到500米高空范围内存在的近地面“盲区”问题，进一步改善了500米以下范围的雾霾探测效果。外场试验表明此项技术可行，并具备核心器件国产化、小型化、成本低等优点。
 

“近地面空间与人类的生产生活联系最紧密，新技术使得我们无论是白天还是夜晚，都可以对雾霾进行高精度的探测和研究，为进一步治理提供依据。”王珍珠说。

科学治霾在行动
 

新型探霾激光雷达目前在国内的市场占有率已达到50%，推动了我国环境立体监测市场的蓬勃发展；结合了激光雷达区域组网观测与模式模拟，实现了PM2.5立体探测数据的同化；提出了车载激光雷达走航探测技术，在城市环境监测执法方面的应用受到了用户的一致认可。相关成果已被多次应用于国家重大活动的空气质量保障工作中。
 

据了解，未来新型探霾激光雷达还将在川渝地区、汾渭平原等区域继续加大投放密度，实现观测全覆盖，在立体监测方面做出更多贡献，为科学治霾提供技术支撑。同时，探测技术还将向车载、机载、星载等多平台继续发展，实现环保、气象、科研数据的共享。那时，全球科学家就可以通力合作，共同研究治理地球大气污染。

空气质量问题与人们的健康息息相关，“保卫蓝天”计划已经卓有成效，但雾霾问题仍需持续发力。我国将会不断创新，持续推进系列高端立体监测设备的研发，发展环境空气质量立体监测技术，构建地空天一体化的立体监测网络，助力精准治霾、科学治霾，推动空气质量持续改善，助力打赢蓝天保卫战！

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