[交大智慧]上海交大课题组采用无人机研究破解雾霾形成机理[图]

[编者按] 一百多年来，交大人用知识和智慧创造累累硕果，谱写了近现代史上的诸多“第一”。这是人才培养的智慧、科学研究的智慧、服务社会的智慧、为国争光的智慧。新闻网特推出“交大智慧”专栏，聚焦交大人的智慧之光，展现交大人为国家发展和社会进步作出的重大贡献。

“霾”这个字，原本低调地隐藏在汉语字典中，很多人甚至不能准确读出它，却得益于“天时、地利、人和”而声名显赫。它的贡献并不仅仅是为汉语词库增添了 “马拉松霾”、“APEC蓝”等新型词汇，更慢慢催生出一种新的经济形态—“避霾经济”。为“出淤泥而不染”，各种抗霾产品成为城市大众的消费选择。 知己知彼，方能百战不殆。要想战胜雾霾，就必须先要透析这一城市“迷雾”的“来龙”与“去脉”。    

目前，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院长江学者、致远讲席教授、上海交大智能交通和无人机应用研究中心彭仲仁课题组展开了基于无人机（UAV）的大气污染监测研究，力图破解城市雾霾形成机理，全面分析区域外和局地污染的时空相互作用机制。    

就国内目前的大气污染立体观测研究来说，非常规性观测工具，如载人飞机、探空气球、飞艇、气象塔、激光雷达以及卫星遥感技术等，已有所应用。然而，受研究成本高、可控性弱、灵活性差等诸多问题的影响，这些监测手段仍有相当的局限性而不能被广泛采用。    

针对于此，彭仲仁课题组展开了基于无人机（UAV）的大气污染观测研究。该研究利用“鹏程号”固定翼无人机装载监测设备进行空气质量观测及污染物扩散研究，通过观测城市近地面大气边界层（0-1000米）垂直方向和水平方向的大气污染物浓度变化规律，分析污染的分布规律、及生消机制，尤其是垂直和水平层面的交互作用机理，研究对象包括PM2.5、臭氧、氮氧化物、黑炭等多种污染物。这是国内为数不多的针对与人类生活密切相关的0-1000米垂直空间进行大气污染观测与数据采集。    

该研究探索性地搭建无人机（UAV）装载微型设备的空中数据采集平台，以实现不同高度上的大气污染数据采集；探索典型天气条件下（如灰霾天气前后）细颗粒物及其前体物的水平和垂直分布与变化特征，分析不同高度上污染物的组分及其变化特征，揭示污染物的输送过程规律，并解析污染形成的原因以及细颗粒物的来源。    

“鹏程号”无人驾驶飞机通过提前设定飞行路线、高度和飞行模式，并采用单架或多架协同布局的方式，实现区域大气污染状况的在线观测与样本采集。作为无人机空中观测平台在大气污染监测领域的尝试应用，这无疑将为大气污染研究提供新的思路、新的手段、甚至新的突破。这一研究不仅将为城市空气污染预警预报方法的改进提供重要数据支撑，而且为污染防控对策机制的制定提供更为准确的依据，最终将为长三角地区大气污染研究作出贡献。    

彭仲仁教授介绍说，以上海市为例，这一研究将能解释周边城市污染物是如何输送至上海的、为何不同时间段大气污染程度不一、大气污染物的来源、上海不同城区之间的大气污染程度为何会有差异等问题，最终为上海乃至长三角区域的治霾策略提供更精准的科学依据。    

未来若这一研究投入使用，将更多地惠及民生。例如，课题组对高层居民住宅PM2.5垂直分布特征进行了研究，结果显示PM2.5在不同的楼层数值不一，随楼层高度变化呈现一定垂直分布规律。此外，通过观测工业园的大气污染状况，可为判断其污染物如何扩散、为特殊情况下紧急疏散预案的制定提供科学依据。    

目前，这一研究项目已经得到上海市环保局、上海市环境监测中心等政府有关部门的高度重视和大力支持，将进一步推动该研究的深入进行和成果应用。