扫描式沙氏大气激光雷达技术成果转化与应用

近年来，围绕新型沙氏大气激光雷达技术，在国家重点研发计划等项目的资助下，申请人带领项目团队开展关键技术公关，自主研发了工作波长为808 nm的扫描式沙氏大气激光雷达技术及系统，突破了沙氏大气激光雷达方程建模与求解、信号探测与处理、反演与分析、系统控制等方面的关键科学和技术问题。围绕相关研究工作，发表高水平国际SCI期刊论文30余篇。研制的新型沙氏大气激光雷达系统硬件成本显著低于传统脉冲式大气激光雷达系统，同时具备稳定性好、后期维护成本低等特色，可实现方圆5 km左右大气污染物分布24小时遥感探测。近两年来，扫描式沙氏大气激光雷达系统在西安、武汉、天津、青岛、渭南、烟台、开封等20十余个省市环保部门应用。应用效果表明，扫描式沙氏大气激光雷达系统有助于全面掌握周边区域的排放源，尤其是散乱扬尘排放源，可有效解决当地大气污染监测方面的痛点和难点，受到当地环保部门及合作企业的高度评价。

通过将扫描式沙氏大气激光雷达系统安装于城市制高点，并对城市大气环境进行全区域扫描探测，实现热点实时报警以及区域内污染源排放活动实时在线监管。通过统计分析，可辅助环境管理部门定位热点，对考核站周边“小散乱污”污染源进行评估，明确污染来源责任主体，完善污染源台账。通过实时监控和预警，可有效预防小散乱污企业偷排偷放、数据造假、死灰复燃。通过在环保部门十余次的安装应用表明，沙氏大气激光雷达技术在大气污染监测、监管及评估等方面具有重要应用价值，将产生重大的社会和经济效益。             

团队自主研制的扫描式沙氏大气激光雷达系统在河北、陕西、天津等地安装应用照片，该系统可实现无人值守24小时昼夜连续监测。

沙氏大气激光雷达系统扫描结果示意图。左图：现场安装调试示意图；中图：河北辛集市大气污染扫描效果示意图，在污染物浓度较高位置，大气激光雷达的回波信号增强，该排放过程严重影响周边大气环境质量；右图：大气污染源扫描结果统计。

左图：天津张家窝工业园区扫描探测结果示意图，根据沙氏大气激光雷达方程及理论，可从大气激光雷达信号中反演得到大气消光系数时空分布，从中可清晰看出张家窝工业园的大气污染排放，同时也可观测到其他低强度排放。右图：天津泰达开发区大气污染源扫描效果示意图，从图中可以清晰看出沿河河道船舶污染排放。

扫描式沙氏大气激光雷达系统在青岛、烟台、西安、武汉、开封、渭南部分应用效果示意图，可实现道路排放、工业园区排放、工地扬尘排放、垃圾焚烧等大气污染源的精准追踪和定位。扫描式沙氏大气激光雷达系统的应用单位还包括：河南郑州、湖南常德、江苏常州、新疆昌吉、河北廊坊、秦皇岛、陕西蒲城、咸阳等地环保部门。

沙氏大气激光雷达扫描效果示意图