北京地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)超級(jí)站
北京地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)站始建于北京奧運(yùn)期間，配備有氣溶膠顆粒物理化特性測(cè)量、大氣痕量氣體監(jiān)測(cè)、氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)和基準(zhǔn)輻射觀測(cè)系統(tǒng)等多種儀器設(shè)備，采用固定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)、地面監(jiān)測(cè)與地基垂直測(cè)量相結(jié)合、地面遙測(cè)與衛(wèi)星觀測(cè)相結(jié)合、常規(guī)監(jiān)測(cè)與高技術(shù)手段監(jiān)測(cè)相結(jié)合，構(gòu)成空氣質(zhì)量立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大氣監(jiān)測(cè)站長(zhǎng)期提供北京城市地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并參與了污染氣體及溫室氣體地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，能夠?yàn)樾l(wèi)星大氣遙感監(jiān)測(cè)提供精確的地基觀測(cè)驗(yàn)證信息，有力支撐衛(wèi)星大氣遙感反演算法的研究，支持了大氣環(huán)境衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。
一、超級(jí)站簡(jiǎn)介
2007年5月中國(guó)科學(xué)院起動(dòng)了“奧運(yùn)北京大氣行動(dòng)計(jì)劃”，在中科院遙感所的樓頂建立了北京地區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)超級(jí)站。超級(jí)站采用固定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)、地面監(jiān)測(cè)與地基垂直測(cè)量相結(jié)合、地面遙測(cè)與衛(wèi)星觀測(cè)相結(jié)合、常規(guī)監(jiān)測(cè)與高技術(shù)手段監(jiān)測(cè)相結(jié)合，構(gòu)成空氣質(zhì)量立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了奧運(yùn)時(shí)段對(duì)北京及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量的立體監(jiān)測(cè)。在“北京2007年大氣環(huán)境治理預(yù)案”的實(shí)施和“北京2008年大氣環(huán)境治理實(shí)施方案”的評(píng)估中揮了重要作用。
北京奧運(yùn)會(huì)以后，大氣監(jiān)測(cè)站得到了進(jìn)一步的發(fā)展。在國(guó)家863項(xiàng)目支持下，參與組建了全國(guó)污染氣體監(jiān)測(cè)網(wǎng)（MAX-DOAS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)）；在遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持下，先后購(gòu)入了布魯克傅里葉變換光譜儀、一氧化碳?xì)怏w濃度分析儀、黑碳顆粒物濃度分析儀、二氧化硫氣體濃度分析儀、氮氧化物氣體濃度分析儀、顆粒物濃度及粒徑譜分布測(cè)量?jī)x和基準(zhǔn)輻射觀測(cè)系統(tǒng)等設(shè)備，可以精確反演PM2.5、PM10、NOX、SO2、CO2、CH4等大氣成分濃度信息，為衛(wèi)星大氣遙感監(jiān)測(cè)提供精確的地基觀測(cè)驗(yàn)證信息，有力支撐衛(wèi)星大氣遙感反演算法的研究，支持衛(wèi)星大氣遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。
二、超級(jí)站的監(jiān)測(cè)設(shè)備
太陽(yáng)分光光度計(jì)（CE318）、長(zhǎng)光程主動(dòng)DOAS、振蕩天平TEOM、碳黑分析儀（BC）、多軸被動(dòng)差分光譜測(cè)量?jī)x（MAXDOAS）、能見(jiàn)度儀、雙波段偏振激光雷達(dá)（LIDAR）、粒譜分析儀、氣象五參數(shù)自動(dòng)測(cè)量?jī)x、傅里葉變換光譜儀。（見(jiàn)圖1～圖8）
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太陽(yáng)分光光度計(jì)（CE318） 功能：主要用于測(cè)量太陽(yáng)和天空在可見(jiàn)光和近紅外的不同波段、不同方向、不同時(shí)間的輻射亮度，來(lái)推算氣溶膠、水汽、臭氧等成分的特性；用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，衛(wèi)星校正等應(yīng)用。 特點(diǎn)：
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圖1：太陽(yáng)分光光度計(jì)（CE318）
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長(zhǎng)光程差分吸收光譜儀（DOAS） 主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量成份：臭氧，二氧化硫，甲醛，芳香烴等 測(cè)量范圍：0——500ppb（500m光程） 最低檢測(cè)限：2ppb（500m光程） 特點(diǎn)：
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圖2：長(zhǎng)光程差分吸收光譜儀
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振蕩天平（TEOM） 主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量原理：震蕩天平法 測(cè)量成分：TSP，PM10,PM2.5 采樣流量：16.7L/min 特點(diǎn)：
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圖3：振蕩天平（TEOM）
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顆粒物黑碳?xì)馊苣z分析儀(BC) 技術(shù)指標(biāo)： 監(jiān)測(cè)成分：碳黑氣溶膠 采樣流量:1——5L/min 信號(hào)輸出：模擬（4——20mA） 數(shù)字（RS232/RS485） 特點(diǎn)：連續(xù)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)大氣中的碳黑氣溶膠的質(zhì)量濃度 |
圖4：黑碳?xì)馊苣z分析儀（BC）
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多軸差分光譜測(cè)量?jī)x（MAXDOAS） 功能:監(jiān)測(cè)二氧化氮，臭氧的柱濃度和垂直廓線 特點(diǎn)：
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圖5：多軸差分光譜測(cè)量?jī)x（MAXDOAS）
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能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x 功能：測(cè)量氣象光學(xué)能見(jiàn)度 主要技術(shù)指標(biāo)： 測(cè)量范圍：10——50000m 傳輸方式：RS232，RS485，GPRS 功耗：30W+60W（加熱） 可靠性：平均無(wú)故障時(shí)間不小于5000小時(shí) |
圖6：能見(jiàn)度測(cè)量?jī)x
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雙通道偏振激光雷達(dá)（LiDAR） 功能：監(jiān)測(cè)氣溶膠厚度；消光系數(shù)和邊界層高度；區(qū)分沙塵與局地氣溶膠類(lèi)型； 測(cè)量原理：激光器發(fā)射出532nm激光，激光信號(hào)經(jīng)大氣和云的后向散射作用，通過(guò)接收望遠(yuǎn)鏡接收532nm的垂直和水平偏振信號(hào)，分析回波強(qiáng)度和粒子的消偏振特性，可解析出其中粒子的非球形解偏屬性，以確定顆粒物的光學(xué)特性。 |
圖7：雙通道偏振激光雷達(dá)（LiDAR）
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Bruker IFS 125M傅立葉光譜儀（FTIR） 功能：測(cè)量H2O、CO2、CH4、N2O、O3等氣體的柱濃度信息 測(cè)量原理：獲取高光譜分辨率輻射數(shù)據(jù)，在短波紅外至中遠(yuǎn)紅外波段區(qū)間，IFS125M的觀測(cè)波段包含了H2O、CO2、CH4、N2O、O3等氣體的吸收特征波段，可用于反演氣體柱濃度信息。 |
圖8：Bruker IFS 125M 傅立葉光譜儀（FTIR）
圖9：環(huán)境大氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
三、超級(jí)站監(jiān)測(cè)內(nèi)容
顆粒物相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)：主要包括PM10、PM2.5，碳黑，粒子譜分布，氣溶膠光學(xué)厚度，能見(jiàn)度，氣溶膠后向散射系數(shù)垂直分布，退偏比；
污染氣體濃度監(jiān)測(cè)：近地面污染氣體濃度包括臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）；污染氣體垂直柱濃度包括臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）；
氣象參數(shù)監(jiān)測(cè)：主要包括氣溫、氣壓、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速。
四、超級(jí)站數(shù)據(jù)支撐
1. 重大課題支撐
超級(jí)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)先后為中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類(lèi)）項(xiàng)目“應(yīng)對(duì)氣候變化的碳收支認(rèn)證及相關(guān)問(wèn)題”、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類(lèi)）項(xiàng)目“大氣灰霾追因與控制”、國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)項(xiàng)目“高分大氣環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用示范”、國(guó)家863計(jì)劃課題“星-機(jī)-地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成與師范”、國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目“衛(wèi)星遙感反演CO2誤差分析和低層大氣CO2模擬”等重大項(xiàng)目提供支撐，有效配合了項(xiàng)目的研究需求，為相關(guān)項(xiàng)目研究提供京津冀城市地區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為衛(wèi)星產(chǎn)品反演算法研究提供了高精度的地面驗(yàn)證數(shù)據(jù)。
2. 參與中科院安徽光機(jī)所組建的MAX-DOAS地面監(jiān)測(cè)網(wǎng)
監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可用于污染氣體柱濃度監(jiān)測(cè)、污染物輸送研究，以及衛(wèi)星反演產(chǎn)品的校驗(yàn)。
3. 作為TCCON觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充站點(diǎn)提供溫室氣體觀測(cè)數(shù)據(jù)
CO2反演擬合譜與實(shí)測(cè)譜
譜線比對(duì)殘差分析
利用地基FTS儀器直接測(cè)量太陽(yáng)光譜，可用于CO2、CH4、N2O、CO等溫室氣體的反演，為全球變化研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以用于衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的比對(duì)驗(yàn)證。
五、超級(jí)站接待參觀交流
超級(jí)站自建立以來(lái)，多次接待相關(guān)部門(mén)領(lǐng)導(dǎo)及外賓的參觀訪問(wèn)，包括北京市市長(zhǎng)王岐山、中國(guó)科學(xué)院前院長(zhǎng)路甬祥院士、副院長(zhǎng)江綿恒、陰和俊，美國(guó)NASA訪問(wèn)團(tuán)、德國(guó)及埃及航天部門(mén)訪問(wèn)團(tuán)等。
2007年8月，時(shí)任北京市市長(zhǎng)王岐山同志在中科院副院長(zhǎng)江綿恒的陪同下考察北京地區(qū)奧運(yùn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)超級(jí)站，劉文清院士介紹“北京及周邊地區(qū)奧運(yùn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)警聯(lián)合行動(dòng)計(jì)劃”項(xiàng)目進(jìn)展情況。
2008年5月12日，時(shí)任中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)路甬祥院士視察大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)超級(jí)站，陳良富研究員介紹超級(jí)站在衛(wèi)星遙感大氣成分監(jiān)測(cè)當(dāng)中發(fā)揮的重要作用。
2009年5月，埃及國(guó)家空間局局長(zhǎng)參觀超級(jí)站
2009年7月，美國(guó)NASA訪問(wèn)團(tuán)參觀超級(jí)站
2010年4月，我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域院士專家參觀超級(jí)站
2011年6月，中科院北京分院李靜副院長(zhǎng)參觀超級(jí)站
2011年10月，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院黨委書(shū)記一行參觀超級(jí)站