無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)：一種科學(xué)、高效、智能的大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方案

目前大氣污染問題日益突出，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。為了有效監(jiān)測和控制大氣污染，提高大氣環(huán)境質(zhì)量，需要建立一套科學(xué)、高效、智能的大氣監(jiān)測系統(tǒng)。無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)利用無人機(jī)搭載各種傳感器，對大氣中的多種參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測和收集，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.高機(jī)動性、低成本、靈活部署、可重復(fù)使用，可以在復(fù)雜的地形和氣象條件下進(jìn)行大氣監(jiān)測，克服了傳統(tǒng)的地面監(jiān)測站和衛(wèi)星遙感的局限性。

2.可搭載多種傳感器，實現(xiàn)對多參數(shù)、多層次、多尺度的大氣監(jiān)測，提高監(jiān)測的空間分辨率和垂直剖面，增強(qiáng)了對大氣污染的時空變異性的認(rèn)識。

3.可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸和處理，通過無線通信和云計算技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時上傳到地面站或服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理、存儲、管理和使用，為各種大氣環(huán)境應(yīng)用提供有力支持。

無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展受到了國家和社會的重視和支持。這是因為無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)與《國家新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》、《國家大氣污染防治規(guī)劃（2013-2020年）》、《國家生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要（2016-2020年）》等相關(guān)政策相契合，同時符合國家推動科技創(chuàng)新、生態(tài)文明建設(shè)、綠色發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。此外無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)與公眾對于改善大氣環(huán)境質(zhì)量、保障人民健康、提升生活品質(zhì)的迫切期待相一致，也滿足了社會對于大氣監(jiān)測的多樣化、個性化、智能化需求。

為了探究冬季重污染天氣的成因和影響因素，某科研機(jī)構(gòu)于2019年1月中旬，在河北某地，開展了無人機(jī)大氣立體監(jiān)測系統(tǒng)實驗。該系統(tǒng)將低功耗大流量顆粒物采樣技術(shù)、多通道真空氣體采樣技術(shù)與無人機(jī)技術(shù)結(jié)合，能夠在不同高度采集大氣顆粒物、氣體和液態(tài)樣品，為大氣污染立體化的精確診斷提供重要的技術(shù)支持。

在實驗期間，無人機(jī)搭載的傳感器可一次性記錄和傳輸10種參數(shù)，包括顆粒物、PM2.5和PM10等常規(guī)污染物參數(shù)，以及溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、經(jīng)緯度和高度等氣象參數(shù)。同時，無人機(jī)還攜帶了顆粒物采樣器，分別在不同高度采集了大氣顆粒物，用于后續(xù)的實驗室分析。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，可以得到以下一些初步結(jié)論：

在重污染天氣期間，顆粒物濃度隨高度的變化呈現(xiàn)出明顯的層結(jié)特征，即近地面顆粒物濃度最高，隨著高度的增加逐漸降低，但在一定高度范圍內(nèi)（約200-300米）又出現(xiàn)一個次高峰，表明大氣污染物存在多層分布的現(xiàn)象。

在重污染天氣期間，氣體污染物（如二氧化硫、氮氧化物、臭氧等）的濃度也隨高度的變化呈現(xiàn)出不同的特征，反映了大氣化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性和多樣性。例如，二氧化硫和氮氧化物的濃度隨高度的增加而降低，而臭氧的濃度則隨高度的增加而升高，表明臭氧的生成受到光化學(xué)反應(yīng)的影響。

在重污染天氣期間，顆粒物的化學(xué)組成也隨高度的變化呈現(xiàn)出不同的特征，反映了顆粒物的來源和轉(zhuǎn)化的差異性。例如，顆粒物中的硫酸鹽、硝酸鹽和有機(jī)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨高度的增加而增加，而顆粒物中的元素碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨高度的增加而降低，表明顆粒物的二次生成在高空更為顯著，而顆粒物的初級排放在近地面更為重要。

本文介紹了無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)的概念、優(yōu)點(diǎn)、發(fā)展背景和實驗案例，展示了無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)在大氣污染研究中的應(yīng)用價值和前景。目前無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展還需要解決一些技術(shù)和管理方面的問題，如無人機(jī)的飛行安全、數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)的共享和利用等，這些問題需要相關(guān)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)和合作，以促進(jìn)無人機(jī)大氣監(jiān)測系統(tǒng)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。