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节能环保领域:大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统

文章来源: 发布时间: 2017-05-09

  所处阶段:成熟待产业化 

  成果来源:安徽光学精密机械研究所 

  必要性及需求分析: 

  目前,我国环保和气象已经开展沙尘暴监测网和大气成分监测网络建设,面临设备国产化率低、关键部件依赖进口的局面,急需发展自主产权的大气气溶胶细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术和系统,扭转长期以来国家缺乏大气细粒子和臭氧时空分布监测数据而相关研究工作又依赖国外仪器设备的局面,通过自主创新,支撑激光雷达探测技术产业化,实现气溶胶和臭氧的多参数自动探测,促进激光雷达系统的小型化、自动化和网络化,建立分区域灰霾和臭氧探测技术标准和评估方法,探究灰霾、光化学烟雾等城市污染形成机制。 

  目标及主要任务: 

  发展具有自主知识产权的大气细粒子和臭氧时空分布的快速在线监测技术和系统,仪器开发目标是:开发具有自主知识产权的激光器、瞬态记录仪等关键设备,突破激光雷达关键技术瓶颈,研发精确反演和应用软件;集成项目前期自主研发的技术成果,研制工程化的大气细粒子和臭氧激光雷达探测系统工程化样机,使激光雷达的国产化率从目前的30%提高到80%以上。  

  现有工作基础: 

  安徽光机所环境光学中心为国家环境保护环境光学监测技术重点实验室和中科院环境光学与技术重点实验室,在光学技术的遥测系统研发和应用等领域具有较为丰富的技术背景和相应技术队伍。在激光雷达探测研究方面,已开展基于米散射偏振激光雷达、拉曼雷达、臭氧雷达、水汽雷达、微脉冲雷达等多种类型的大气气溶胶探测研究,并结合风廓线雷达对颗粒物的跨区域输送通量进行了研究。在“863”项目的支持下,已成功研制拉曼激光雷达系统,完成对大气颗粒物中细粒子空间分布测量技术的研究;科技部重大仪器专项“大气细粒子与臭氧时空探测激光雷达系统研发与应用示范”自主研发的多波段雷达,运用拉曼散射和米散射信号的联合反演算法,进一步提高了气溶胶消光系数、后向散射系数等细粒子光学特性及边界层高度、云底云高等参数的准确度,具有较为完整的实验平台和成熟的研究队伍。 

  预期经济和社会效益: 

  该系统在灰霾监测和识别、光化学烟雾和预警等领域中可以发挥重要作用,为空气污染模型和研究气-粒转化过程提供数据支撑。本系统的研制完成,将为弥补我国对大气环境高空遥测方面的不足,为控制和治理城市群大气颗粒物和臭氧污染的有效监测数据基础,对我国经济的良性持续发展提供保障。从经济效益上看,仅以目前我国海洋局、环保总局以及科学研究机构等所属的约6000个环境监测点,若按今后510年内10%的监测站点配备一套大气细粒子和臭氧时空探测激光雷达系统计算,总共约需600套。国外同类产品按照目前的市场价格来算,每套约400万元人民币,仅此项就有二十多亿人民币的巨大市场。 

  实施方式/模式: 

  通过企业合作,建立产学研紧密合作机制,实现技术研发平台共享,逐步形成我国环境监测激光雷达的产业化基地,打造以系列激光雷达设备产业化应用为目标的高新技术旗舰企业。 

  附图: 

   

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