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北斗智库环保管家网讯：技术普及：怎样读懂臭氧激光雷达图
引言：
近年来，随着中国PM2.5污染问题逐步改善，O3污染问题受到日益关注。许多城市在各项污染物稳步下降的同时，O3污染不降反升，并超过PM2.5成为首要污染物；今年6月在京津冀及周边区域甚至发生3次连片重污染事件（见本公号文章：2022年6月全国臭氧重度以上污染天数明显增加）。臭氧受其生成机制复杂、气象条件影响强烈、空间分布不均且多变等多种因素影响，单纯的地面观测不能满足全面深入的臭氧研究需要。所幸，近年来臭氧激光雷达的快速发展为研究臭氧的空间分布提供了便利，并在许多城市得到应用。本文以大气重污染成因与治理攻关（二期）宿州市“一市一策”项目工作为基础，总结了臭氧激光雷达的一些使用方法，希望能为其它攻关城市及技术人员有所借鉴。
一、臭氧激光雷达图基本构成
臭氧激光雷达图主要包含三个维度的信息：时间（横轴）、垂直高度（纵轴）和臭氧浓度（色彩）。臭氧激光雷达可监测范围在2km以上，但一般设定2km可满足臭氧研究的需要。臭氧激光雷达图可能受云量、降水等的影响而出现信号干扰，需要引起使用者的关注及区分。臭氧激光雷达在近地面100m到200m会有测量盲区，在实际使用时可配合地面监测数据综合分析。
图1 某监测站点2022年6月18日0：00至23：00臭氧激光雷达图
二、七种臭氧激光雷达图典型案例
二、七种臭氧激光雷达图典型案例
臭氧是区域型光化学污染物，受阳光辐射、区域传输、下沉气流、NO滴定效应、风力及降水清除、夜间残留、日间生成等多种因素的影响，时空分布异常复杂。本文力图化复杂为简单，为读者选取7种臭氧激光雷达图典型案例进行分析，供参考。
1、标准型——日间高，夜晚低
在日间稳定阳光照射条件下，早间随着太阳辐射逐渐增强，臭氧浓度逐渐升高，最高值通常出现在14：00至16：00，之后随着太阳辐射的减弱臭氧浓度逐渐降低。
图 2某监测站点2022年6月15日0：00至24：00臭氧激光雷达图
2、前日残留——0：00至6：00臭氧
2、前日残留——0：00至6：00臭氧
如果前日臭氧生成量高，臭氧在夜间可能下降缓慢，形成臭氧残留并对次日臭氧浓度进一步升高产生影响，下图所示为凌晨0：00-6：00臭氧浓度由高值逐渐降低，显然受前一日高浓度臭氧的影响，在凌晨大气中的臭氧仍然保持相当高的浓度。
图 3 某监测站点2022年6月3日0：00至6：00有前日臭氧残留
3、夜间区域传输——19：00至23：00臭氧浓度反弹臭氧
为区域性污染物，受气象条件影响通常大面积发生。一般情况下，日落后臭氧浓度随着光照消失逐渐降低，但一些情况下会有夜间臭氧浓度反弹的情况发生（见本公号文章：为什么会出现夜间臭氧浓度“居高不下”？），可能是由区域水平传输导致，具体可进一步参考区域风场或气团后向轨迹。
图 4 某监测站点2022年6月1日0：00至23：00臭氧激光雷达图
4、臭氧高空传输
臭氧在高空比较稳定，夜间下降较缓慢，因而从高空向地面传输是臭氧夜间高值的另一个原因（见本公号文章：为什么会出现夜间臭氧浓度“居高不下”？）。下图为典型臭氧高空向地面传输的过程。
图 5 某监测站点2022年6月19日0：00至23：00臭氧激光雷达图
5、风的扩散清除作用
风力扩散是臭氧清除的重要机制之一，它具有清除快速的特点，在臭氧激光雷达图上具有明显的突变特征。下图为一次典型的臭氧风扩散清除过程。
图 6 某监测站点2022年5月7日0：00至23：00臭氧激光雷达图
6、降水的信号干扰
降水是对臭氧激光雷达信号的重要干扰因素，降水期间臭氧激光雷达信号可能发生如风清除一样的信号突变，但这一突变主要为信号干扰导致（不具参考性）。下图涵盖了一次典型的持续性降水过程。从图中可以看出，在降水期间，臭氧垂直信号始终为间断的、非连续的。而地面监测显示，臭氧浓度变化始终是连续渐变的，因此发生降水时应综合地面臭氧观测进行细致分析。
图 7 某监测站点2022年6月27日0：00至28日23：00臭氧激光雷达图
7、仪器设备的影响
7、仪器设备的影响
在臭氧激光雷达的监测信号中，有时出现突然偏高的信号，与前后时间段没有连续性，可以判断为仪器异常信号，应请设备维护方给予解决。
图 8某监测站点2022年7月1日9：00至24：00臭氧激光雷达图
三、结论：
实际在臭氧激光雷达监测中，臭氧信号往往不是单一类别。尤其在长时间的监测中，臭氧激光雷达图通常体现为标准型与其他多种类别的叠加。下图为某站点多日连续臭氧激光雷达图，其中除标准型外，各类传输和清除过程多次发生。
图9 某监测站点2022年6月18日0：00至23日23：00臭氧激光雷达图
