一等奖
高架源多维立体监测和影响分析的关键技术研究与应用
广东省生态环境监测中心
中山大学
广东环境保护工程职业学院
广州长德环境研究院有限公司
陈 耿 解光武 曾建伟
袁 鸾 沈 劲 李瑞瑜
郑雅清 刘雷璐 潘 烁
张 琤 朱圣洁 黄伟峰
潘燕华 杜长明 林燕春
该项目研究围绕广东省空气质量稳定达标、持续改善、对标国际先进水平的分阶段战略目标和打赢蓝天保卫战的紧迫管理需求，以弄清高架源排放对大气环境影响和挖掘减排潜力为重点，以“问题识别—实证监测—模拟分析—技术筛选—应对措施”为主线，突破了高架源缺乏适用的监测监管措施等瓶颈，率先研发了高架源可过滤颗粒物（FPM）和可冷凝颗粒物（CPM）联合采样装置与监测方法，建立了高架源污染物排放的多维立体综合观测技术及质控体系；在充分掌握全省高架源基础信息与治理现状的基础上，选择代表性高架源开展外场加强监测，获取广东省高架源排放特征组分成套数据集，探明了高架源污染物排放规律；优化了本地化高架源特征污染物排放清单，精准量化了高架源排放对空气质量的影响，筛选出大气高架源治理实用技术和提升途径，运用大数据技术和可视化技术建立全面监控、挂图研判和影响评估三大能力的高架源排放监测分析体系，构建了高架源精准管控的支撑平台，提出进一步加强大气高架源排放管控的措施与对策建议。关键技术在省生态环境厅、国家总站、华南环科所、各市生态环境局和监测站等12个环境管理和监测技术领域得到大量应用，为广东大气污染精准管控提供重要的支撑。
创新点一：成功研发了高架源可过滤颗粒物（FPM）和可冷凝颗粒物（CPM）联合采样装置与监测方法，实现国内CPM监测业务化应用的突破。该采样设备流量控制精度控制在±1.0%以内、采样流量范围控制精度达0.1L/min，等速采样跟踪响应时间不超过1s、CPM滤膜夹温度控制测量误差±1℃范围内、采样枪加热温度可至120℃以上且误差不超过±5℃，采用循环水冷提高温度控制的准确性和可控性，主要性能指标达到美国环保署标准（EPA202）要求，烟气冷凝温度控制精度优于该标准要求。
创新点二：集成了固定源监测、移动监测（走航+无人机）和激光雷达等监测技术手段，建立了高架源污染物排放的多维立体综合观测技术及质控体系。以固定源监测摸清污染源谱，以激光雷达快速锁定污染源，以无人机追踪监测烟羽，以移动监测对环境受体高效监测，构成了“源-环境-受体”立体可视化全链条的观测技术。创新建立了无人机监测、颗粒物全量分析等新方法的质量保证和控制方法。无人机搭载的六参数灵嗅仪与大气自动监测仪器进行了3小时比对，相对误差范围-3.3%-23.5%，结果较满意。
创新点三：获取广东省高架源排放特征组分成套数据集，构建了高架源精准管控的支撑平台。实测获取全省9个行业33家典型高架源相关监测数据2万多个，形成具有代表性、系统性和时效性的数据集，探明了高架源污染物排放规律，深化了对高架源污染排放的认知。基于数据集开发了广东省大气高架源监测统计分析系统，为环境管理提供有力支撑。
创新点四：基于实测数据优化了本地化高架源特征污染物排放清单，精准量化了高架源排放对空气质量的影响。降低了清单SO2、NOx、CO、NH3等污染物排放估算的不确定性，提升广东省空气质量预报准确率约5%，支撑了大气污染预警防控。通过清单测算出目前未受关注的CPM排放量达36794吨/年，超过FPM排放量14807吨/年。选取不同季节典型污染时段，利用三维空气质量模型定量区域所有高架源对城市空气质量的影响。
应用案例一：服务百日攻坚的高架源排放监测
2022年下半年，受西北太平洋洋面生成“轩岚诺”和“梅花”台风造成的不利气象条件和大气污染物排放量大等影响，我省多个城市发生长时间、大面积臭氧污染，空气质量优良天数比例（AQI达标率）同比明显变差。截至9月13日，全省AQI达标率为93.2%（国家考核目标为93.6%），珠海、中山市已发生2城次重污染天气（国家考核目标不超过3城次）。为确保完成2022年环境空气质量考核目标，省生态环境厅制定了《2022年秋冬季大气污染防治百日攻坚及帮扶服务工作方案》。省生态环境监测中心结合“高架源多维立体监测和影响分析的关键技术研究与应用”成果中的多维立体监测及质控技术，在重点区域开展污染排放量大的高架源监测工作，为出台精准管控提供了依据。在监测部门提供有力数据的支撑下，生态环境管理部门采取了一系列有效的减排措施，大气污染防治百日攻坚战取得圆满成功。
百日攻坚高架源水泥窑尾废气监测现场
应用案例二：阳江市颗粒物溯源监测
2022年1月-9月，阳江市PM2.5浓度为20μg/m³，同比增长11.1%，是全省21个城市中唯一上升的城市。其中阳东区PM2.5日均值超标天数较多（4天），且PM2.5浓度相对较高。为进一步了解阳市PM2.5形成的原因，省生态环境监测中心运用“高架源多维立体监测和影响分析的关键技术研究与应用”成果中的多维立体监测及质控技术，使用无人机、大气走航自动监测设备，对阳东区建筑场地、机动车道路、加油站等场所进行了航拍和大气走航自动溯源监测。通过监测结果推断出污染成因与来源：一是国控点周边有多处建筑工地，存在一次排放贡献。阳东陶然空气自动站点20米范围有两间自建民宅在施工建设。站点东北向1200m处有施工工地，约30000m2土地直接裸露。站点西北向1300m处有建筑工地，约37700m2。站点正南和西南方向多条道路有开挖建设绿化隔离带和铺筑石板、行道砖等施工作业。二是国控点受到机动车排放影响。阳东陶然站点PM2.5与烷烃浓度变化趋势基本一致，且夜间部分时段，烷烃浓度有异常升高，PM2.5浓度同步升高，说明阳东陶然站点受到机动车排放影响。三是不利气象条件促进颗粒物生成与累积。
航拍阳东区建筑工地现场
广东省环境保护科学技术奖
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