大氣揮發性有機物快速在線監測系統

　　北京大學環境科學與工程學院

　　項目針對我國大氣氣態有機物監測的關鍵問題，在863計劃 “大氣復合污染關鍵氣態污染物的快速在線監測技術”課題(No.2006AA06A301)的支持下，自主設計開發了大氣中揮發性有機物在線監測系統。該系統采用低溫富集濃縮技術，結合氣相色譜/質譜法(GC/FID/MS)檢測大氣中揮發性有機物VOCs(包括含氧揮發性有機物OVOCs)的一體化在線測量技術及設備。已建立在線的大氣VOCs分析儀器的研發和生產基地于2009年開始實現量產，已經銷售數十臺。

　　大氣細粒子及其氣態前體物一體化在線監測技術

　　中國科學院大氣物理研究所

　　大氣細粒子快速捕集/離子色譜在線無機鹽分析儀通過無膜采集大氣細粒子/在線快速離子色譜分析其中的水溶性化學成分，數據時間分辨率比傳統膜采樣高近100倍，使研究大氣二次粒子形成機理和校驗模式輸出的高時間分辨率結果成為現實。研制儀器性能高于國外類似產品，但價格僅相當于進口產品的 50%(30萬元左右);在線觀測結果還可用于校驗高分辨率飛行時間氣溶膠質譜(350萬)的在線觀測結果。課題主要創新成果之一大氣揮發性有機物在線分析儀已商品化，投入市場，在廣東、湖北、南京等地的環境監測中發揮著重要作用。

　　大氣中NOx及其光化產物一體化在線監測儀器及標定技術

　　中國科學院大氣物理研究所

　　大氣NO/NO2/NOx/NOy一體化監測儀利用改進的紫外光分解NO2、化學發光檢測和臭氧補償創新技術研制的一體化大氣NO/NO2/NOx/NOy聯合觀測儀器，克服了市售流行商品儀器對NO2測量偏高而對NOy測量偏低和對NO測量不準的缺陷，準確的測量結果成功地用于大氣臭氧產生/消亡與前體物NOx的機理研究。已經推廣用于煙霧箱模擬實驗的大氣化學機理研究，具有進一步產品化和商品化開發價值。大氣復合污染關鍵氣態污染物的快速在線監測技術自2006年啟動以來，研發了一系列自主知識產權的技術方法和儀器設備，為建立先進的城市群大氣污染三維立體監控體系提供技術設備，縮小了與國際水平的差距，并有效推動了國產化。曾獲得國家科技進步二等獎。

　　大氣細粒子和超細粒子的快速在線監測技術

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　項目在863計劃課題(項目編號2009AA06A302)的支撐下，研制了雙波長三通道氣溶膠探測拉曼激光雷達、細粒子譜分析儀、大氣OC/EC測定儀、以及振蕩天平顆粒物質量濃度監測儀(PM10、PM2.5)。在寬范圍粒徑譜的快速分析技術、穩定的場致電離電荷源技術、超高靈敏大氣分子拉曼散射信號探測技術、以及OC/EC臨界溫度的精確選取等關鍵技術方面取得了突破。本技術自2008年開始，通過技術轉讓及專利實施許可的方式，不斷推進振蕩天平顆粒物質量濃度監測儀產業化進程。已經建立振蕩天平顆粒物質量濃度監測儀的研發和生產基地，并在安徽、江蘇、北京等全國各省安裝了300余套大氣顆粒物自動監測儀，實現新增產值3300余萬元以上。從2011年開始，通過技術轉讓及專利實施許可的方式，不斷推進雙波長三通道氣溶膠探測拉曼激光雷達、米散射激光雷達的產業化進程。截止目前，銷售總額超過2000萬元。

　　臭氧時空分布探測差分吸收激光雷達系統

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　目前測量大氣臭氧的主要方法有比色定量法、庫倫原電池法、光學吸收光譜法、太陽光譜法和差分激光雷達。差分激光雷達是一種主動遙感技術，該技術在20世紀60年代中期激光雷達測量水汽時引進，并在70年代中期得到進一步發展。在 863 計劃課題(項目編號2009AA06A311)的支撐下，車載臭氧時空分布探測差分吸收激光雷達系統為我國開展光化學煙霧和細粒子生成機理研究提供了數據基礎，為我國城市群大氣復合污染中的顆粒物和光化學煙霧污染防治提供了技術保障。本課題研制的大氣臭氧激光雷達在吉林省長春市開展了為期一個月的測量實驗，提供了大量有效可靠的數據，大大促進了對流層臭氧生成和傳輸機理的研究。該系統性能穩定性好，自動化程度高，該成果將為我國立體監測提供新的技術手段，大氣空氣污染預警提供設備支持，對我國環境監測技術的發展起到推動作用。

　　便攜式多組份氣體紫外、紅外現場分析儀

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　項目在 863 計劃 “工業源多組份氣體污染排放現場監測設備”課題(No.2009AA063006)的支持下，針對工業源(煙氣排放、無組織排放、泄漏等)排放的 SO2、NO2、CO、CO2、NO、硫化物、有機污染物等多種污染氣體，自主研發了便攜式多組份氣體紫外現場分析儀和便攜式多組份煙氣紅外分析儀。在高效紫外吸收光學系統的設計、多組份光譜數據反演算法等方面進行了技術突破;有效解決了應用紫外差分吸收光譜技術滿足多種氣體測量的儀器小型化難點;研制設計的便攜式多組份煙氣紅外分析儀采用了多次反射池和多波段光學濾波技術結合，實現了多組分氣體高靈敏連續自動監測。便攜式多組份氣體紫外現場分析儀和便攜式多組份煙氣紅外分析儀在安徽省、河北等地進行了外場應用和示范，現已建成一條專業的生產線，通過擴大機械加工車間，增加了大量的檢測試驗調試設備，形成了年產100套的生產能力。

　　污染源排放遙測技術系統

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　項目在 863 計劃“工業源多組份氣體污染排放現場監測設備”課題(No.2009AA063006)的支持下，自主研發了污染源排放遙測技術系統。重點解決了高穩定性、高靈敏的紫外可見遙測系統設計、去除多種大氣干擾效應的污染氣體光譜精確反演技術以及結合風場數據的污染氣體排放通量獲取技術等關鍵技術。系統主要應用于污染源(點源、面源、非組織排放源)污染氣體排放的監測，便于環境管理部門開展監督性監測，滿足國家環境部門對工業排放污染的監督性監測需求。2011年2月，課題順利完成驗收。目前我國對污染源排放測量主要是采用源排放線監測設備(CEMS)獲得污染氣體的排放量，其主要適用于對高架點污染源，而對于面源、無組織源以及區域源等，只能通過物料平衡法進行統計計算，無法通達實際測量獲得。本系統的成功研制，可應用于污染源的監督性監測，滿足國家環境管理部門對工業排放污染的監督性監測需求，同時填補了國內該技術領域的空白。

　　重點污染物面源排放VOCs及溫室氣體連續自動監測系統

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　項目在 863 計劃課題“大氣多組分污染物及其時空分布連續自動監測技術與設備”(2007AA061504)、安徽省科技攻關計劃項目—污染源可揮發性有機污染氣體濃度及排放通量實時監測技術與設備(09010301016)等支持下，研究了長光程開放光路紅外光譜測量與處理技術;設計了雙臂掃描干涉光路、基于 He-Ne激光與PSD結合的精確掃描控制電路，研制了波長范圍2~15um、分辨率為1cm-1的穩定可靠、高信噪比傅里葉變換紅外光譜儀;建立包括350余種VOCs和溫室氣體的紅外光譜定量數據庫;研究了背景光譜實時迭代擬合算法及儀器線型修正方法，開發了基于合成校準光譜技術的多組分氣體定量分析算法及軟件。在開放光路傅里葉變換紅外多組分氣體分析方法的基礎上，研制了具有自主知識產權的重點污染面源排放VOCs及溫室氣體連續自動監測系統。系統采用收、發分置的雙站式配置，整個設備由紅外光源發射單元、紅外接收單元、傅里葉變換光譜儀、系統自動控制與數據分析等四部分組成。系統具有連續自動光譜測量與處理、定量分析與顯示、數據儲存與回放等功能，實現了面源排放VOCs及溫室氣體濃度的非接觸、長光程、多組分(可同時分析10~20種氣體成分)、高靈敏度(主要成分的檢測下限<10ppb)連續自動監測。系統可用于重點污染面源，如石化工業區、大型垃圾處理場、大型養殖場以及石油天然氣儲運站等排放的VOCs及溫室氣體多組分實時連續自動監測。

　　大氣污染多組分排放通量快速遙測系統

　　中國科學院合肥物質科學研究院安徽光機所

　　項目在 863 計劃課題“大氣多組分污染物及其時空分布連續自動監測技術與設備”(2007AA061504)和安徽省科技攻關計劃項目“污染源可揮發性有機污染氣體濃度及排放通量實時監測技術與設備”(09010301016)的支持下，開展了針對工業區域(廠界)VOCs等多組分污染氣體排放的掩日通量測量新方法研究。研究了基于掩日法的紅外光譜測量與處理技術，提出了基于太陽輻射傳輸和模擬校準算法的區域排放多組分氣體垂直柱濃度分布算法，開發了擁有自主知識產權的基于掩日法的污染氣體排放通量遙測算法軟件。在掩日法傅里葉變換紅外氣體通量測量方法的基礎上，研制了擁有自主知識產權的大氣污染多組分排放通量快速遙測系統，實現了工業區域(廠界)VOCs、SO2、NO2、CO、NH3等多組分氣體排放通量的車載快速遙感監測。車載系統主要包括太陽自動跟蹤器、光譜儀、光路傳輸單元、氣象儀以及GPS。系統以太陽的紅外輻射作為光源，車載快速移動掃描測量污染排放區域，測量其周界大氣中污染氣體的柱濃度分布，并結合風速、風向等氣象參數，計算區域污染氣體排放通量。系統污染氣體垂直柱濃度測量下限：1~15ppm·m，通量探測下限：0.03~0.1kg/h。該系統可以用于工業區域(電廠，鋼鐵廠，煉油廠，石化廠，原油儲存廠等)多組分污染氣體排放通量的監測。

　　區域大氣污染源識別與動態源清單技術

　　清華大學環境學院大氣污染控制教研所

　　我國目前已有的區域源排放方面的研究工作大多獨立而分散，綜合、規范、動態的區域排放信息極度缺乏，一方面不能全面反映污染源的排放狀況和時空特征，另一方面不能滿足預測預警、區域調控、污染控制效果評估的要求。項目針對上述問題，在 863 計劃“區域大氣污染源識別與動態源清單技術及應用”課題(No.2006AA06A305)的支持下，建立了基于技術的動態源清單編制技術，覆蓋電力、供熱、工業、民用、交通、農業等主要人為源，并涵蓋一次顆粒物(包括PM10、PM2.5、BC、OC)和主要氣態污染物(包括SO2、NOx、NMVOCs、CO、NH3)。動態源清單技術基于完整的源分類體系建立能源統計到源分類的映射關系和生產工藝/污染控制技術的動態更替曲線，充分考慮了技術演進對排放量變化的影響，全面構建了反映我國復雜排放源特征和排放變化趨勢的大氣污染物排放定量方法。本項目總投資約200萬元，清單產品被國內外90多家機構采用，包括政府部門、科研機構、高校院所等，廣泛應用于污染特征模擬、污染源解析和控制規劃評估等。用戶均給出了很高評價。

　　區域敏感源篩選識別技術

　　北京工業大學環境與能源工程學院

　　項目在前期承擔科技部973計劃課題“城市生命體能源代謝與大氣污染互動機理研究”(課題編號：2005CB724201)、北京市科委綠色奧運重大項目“區域源排放清單及校驗”(課題編號：HB200504-3)、863計劃課題“城市群大氣復合污染關鍵污染物的來源識別技術”(課題編號：2006AA06A305)等支持下，采用氣象流場診斷分析與環境數值模擬相結合的方法，在區域污染診斷識別、敏感源篩選等方面取得新突破。開發了氣象-軌跡耦合模式(MM5-HYSPLIT)與K 均值聚類相結合的污染物輸送軌跡聚類分析技術，可確定影響目標城市空氣質量的污染物輸送路徑及出現頻率。基于 MM5-CAMQ 耦合模式系統建立了污染物輸送通道通量梯度識別技術，可確定區域典型污染輸送通道最易出現的方位、時段，對輸送通道進行自動識別并實現輸送通道的三維立體輸出。目前該技術已在北京、唐山、廣州等多個地區進行了示范應用，并計劃在全國其他城市進行進一步推廣。

　　空氣質量多模式集成預報系統

　　中國科學院大氣物理研究所

　　近年來，在國家科技部、環保部等有關部門在政策、項目和資金的大力支持下，特別是“十一五”以來，在國家863計劃重大項目“重點城市群大氣復合污染綜合防治技術與集成示范”資助下，我國在自主模式研發、大氣化學資料同化技術、模式共性技術等多方面取得突破，率先構建了國際上首個空氣質量多模式集成業務預報系統。該系統以自主研發的嵌套網格空氣質量預報模式NAQPMS為核心，集成最優插值及集合卡爾曼濾波等大氣化學資料同化技術、大氣復合污染化學反應模擬技術、污染源識別與追蹤等多項共性技術，結合美國的 CMAQ和CAMx 模式，構建了適合我國的區域大氣復合污染多模式集成預報系統。該系統可提供3天短期氣象要素和空氣質量的精細預報和7天的趨勢預報，短期預報的不確定性小于30%;系統可長時間穩定運行，預報時效小于8小時，自動化率100%。該系統可適用于區域、城市空氣質量的模擬、預報和預警。該系統整個投資為1200萬元，根據設備功耗情況，電、管理等運行費用約為30萬元/年，年保修、維修費用約50萬元。

　　城市機動車排放控制決策評估技術

　　清華大學

　　機動車排放因子模型一直是國內外許多城市機動車污染控制決策的基礎。項目在863 計劃課題(2009AA06Z304)和多個城市(例如北京、澳門等)環保局科研課題的支撐下，開發了適用于中國城市特點的機動車排放因子模型。課題開發的城市機動車排放因子模型和城市機動車排放綜合控制決策平臺兩項模型采用當前最先進的軟件編程技術和數據庫技術，軟件圖形用戶界面友好。是相關政府部門管理人員和相關學術機構研究人員用于城市機動車排放決策的重要工具，在我國其他城市機動車控制中用非常廣闊的應用前景。目前課題組開發的相關模型在北京、廣州、澳門、南京等大城市進行了示范應用，效果非常好，并計劃在西寧、烏魯木齊、大連等其他城市進行進一步的推廣。

　　多源衛星遙感大氣污染綜合監測技術

　　中國科學院遙感與數字地球研究所

　　在國家科技部、環保部等有關部門的大力支持下，特別是“十一五”以來，在863計劃重大項目“重點城市群大氣復合污染綜合防治技術與集成示范”資助下，我國自主研發創建了環境空氣質量多源衛星遙感模型與算法，突破了我國重污染環境衛星遙感反演霧霾、氣溶膠、可吸入顆粒物、污染氣體和溫室氣體等環境空氣質量參數的核心技術，建立了環境空氣質量衛星遙感監測技術體系，在國際上首次建立了基于多源衛星數據的環境空氣質量衛星監測業務系統，形成了針對國內外主流衛星的氣溶膠、灰霾、PM2.5、NO2，SO2等46種國家急需的遙感產品快速生產能力，創建了環境空氣質量衛星遙感監測技術規范，發展了“多星接收-定量反演-專題制作-簡報分析”大氣環境衛星監測業務化技術體系，填補了我國在大氣環境衛星遙感監測領域的空白。本技術可提供灰霾和晴空氣溶膠光學厚度，PM10和PM2.5濃度、SO2、NO2、CO、CH4的分子柱濃度等參數的空間分布，工程總投資約600萬元。運行費用根據設備功耗情況，電、管理等運行費用約為50萬元/年，年保修、維修費用約50萬元。廣東環境監測中心和環保部環境衛星中心等環保部門已將本項目中的大氣遙感監測系統作為區域污染監測的基本手段。

　　環境空氣監測代表性的印痕分析技術

　　北京大學環境科學與工程學院

　　印痕分析技術為環境監測結果提供詳細的時空代表性信息，為監測站網優化、污染來源分析、源反演、觀測實驗設計等提供技術手段。項目在科技部863計劃課題(2006AA06A306)和北京等城市環保局科研課題的支撐下，開發了實用的印痕分析模型。該技術由兩個主要部分組成，分別為拉格朗日粒子擴散模擬方法和印痕分析方法。大氣污染印痕分析技術可有效識別區域污染物的來源特征，為深入了解區域污染成因和污染控制決策提供科學依據。項目于2006年啟動，2011年通過驗收。本課題投資約40萬元。印痕分析技術對珠三角區域大氣環境監測網站的建設完善起到了重要作用，保證了該區域進行的大型研究項目的順利完成;對寧波地區監測網站的布局完善也起到了重要參考作用。

　　大氣PM2.5水溶性污染組分及其氣態前體物在線監測系統

　　北京大學環境科學與工程學院

　　項目針對我國大氣氣態有機物監測的關鍵問題，在863計劃“大氣復合污染關鍵氣態污染物的快速在線監測技術”課題(No.2006AA06A301)的支持下，開發了首套自主知識產權的適合國內環境應用的大氣PM2.5水溶性污染組分及其氣態前體物的在線測量儀器(GAC-IC 系統)，自主研發了表面磨砂的旋轉環形濕式擴散管和冷凝式旋風撞擊的氣溶膠捕集裝置，在自主開發的軟件和硬件的控制下，實現了自動連續觀測，數據同步傳輸等功能，該儀器價格便宜，使用成本低，便于維護。本項目自2013年開始，正在推進產業化進程，多臺產品化在線儀器已經分別在廣州亞運會空氣質量評估、北京地區大氣復合污染研究、京津冀大氣污染防治規劃以及東亞地區大氣污染物跨界輸送等項目中進行了示范和應用。

　　過氧酰基硝酸酯類(PANs)化合物快速在線監測系統

　　北京大學環境科學與工程學院

　　在 863 計劃“大氣復合污染關鍵氣態污染物的快速在線監測技術”課題(No.2006AA06A301)的支持下，我國自主設計開發了大氣中PANs快速在線監測系統。系統中還包括自主設計研發的在線零氣生成和在線標定系統，使用一氧化氮與丙酮在線合成標氣，取代了以往儀器中使用的液態標氣，降低了儀器使用成本，使得該系統更適用于野外觀測以及環境監測站長期監測;且系統全部采用模塊化設計，利于使用、維護和推廣。該系統采用氣相色譜法(GC-ECD)檢測大氣中過氧酰基硝酸酯類化合物PANs的一體化在線測量技術及設備。本項目自2013年開始，正在推進產業化進程，多臺在線儀器已經分別在北京奧運空氣質量保障、上海世博會空氣質量評估、廣州亞運會空氣質量評估、北京地區大氣復合污染研究等項目中進行了示范和應用。