无人机探测华北平原地区雾霾天气下边界层大气气溶胶理化特性分析研究

Rencently, the effect of climate and environment caused by aerosol particles and the uncertainty of these science questions has been one of the heated topics in the field of geophysical studies. Aerosol physical and chemical researches are critical not only to the study of aerosol climate effect but also to the forecasting of air quality. Unmanned aerial vehicle(UAV) has the characteristics of small size, good flexiblility and repeat use, and so on. It is mature to detect the basic meteorological elements in upper air by using UAV. In this project, the aerosol sampler will be installed on the UAV to dectect the bondary layer aerosol property under haze weather conditions over North China Plain aera. The key points include aerosol concentration, size distribution, chemical composition, and extinction, etc for deep comprehension of vertical distribution of aerosol physical, chemical and optical properties in the bondary layer of North China Plain area under haze weather. This project will offer the reasonable vertical distribution parameters for the frequent unban haze study and modelling of North China Plain and its around region. This project will also benefit the radiative forcing calculation on the regional climate model, setting-up of initial fields and result validation air quality models, mechenism of the formation of cloud and fog researches.

近年来，由于大气气溶胶所引起的气候和环境效应以及这些科学问题的不确定性，已成为地球科学领域研究热点之一。无论对于大气气溶胶气候效应研究还是空气质量污染预报，气溶胶的物理、化学特性研究都是其前提和基础。气象无人驾驶飞机由于其体积小、机动灵活、可重复使用等优点，利用其探测高空基本气象要素的手段已趋于成熟。本申请拟利用气象无人机搭载气溶胶采样仪，对华北平原地区雾霾天气下边界层大气气溶胶进行直接探测，重点关注气溶胶的浓度、谱分布、化学组分及其消光特性，深入认识华北平原地区雾霾天气下边界层大气气溶胶物理、化学、光学特性的垂直分布及变化特征，为华北平原地区近年频繁的城市雾霾天气研究与模式模拟提供合理与科学的气溶胶垂直分布特性参数，同时，也将对本区域气候模式的辐射强迫计算、空气质量模式的初始场设置与模拟结果检验、云雾形成机理等问题的研究起到一定的作用。

项目背景：近年来，由于大气气溶胶所引起的气候和环境效应以及这些科学问题的不确定性，已成为地球科学领域研究热点之一。无论对于大气气溶胶气候效应研究还是空气质量污染预报，气溶胶的物理、化学特性研究都是其前提和基础。气象无人驾驶飞机由于其体积小、机动灵活、可重复使用等优点，利用其探测高空基本气象要素的手段已趋于成熟。.主要内容：本项目利用气象无人机搭载气溶胶采样仪，对华北平原地区雾霾天气下边界层大气气溶胶进行直接探测，重点关注气溶胶的浓度、谱分布等特性，深入认识华北平原地区雾霾天气下边界层大气气溶胶的垂直分布及变化特征，为华北平原地区近年频繁的城市雾霾天气研究与模式模拟提供合理与科学的气溶胶垂直分布特性参数。.重要成果：本项目采用无人机平台，通过实地大气采样、切割、回收，并基于地面实验室测试分析来确定气溶胶特性。本项目研制了一款QRJ-1型无人直升机，是在一款小型飞行器基础上研制的，使用了可靠的多旋翼自动驾驶系统，可完成精准悬停、匀速巡航、大机动转弯等飞行动作。QRJ-1型无人直升机由无人机、机载大气采样装置和地面采样器构成。无人机飞行到设定高度后，通过地面控制终端发出指令，机载大气采样装置自动对采气装置携带的气囊进行充气，气囊充满后通过地面控制系统操作自动脱离无人机，弹性自动封口卡自动封闭气囊，在重力作用下气囊飘落到地面。然后在地面通过气溶胶采样器采集气囊内的大气颗粒物样品。本项目还采用了无人机平台搭载在线气溶胶粒子计数器，获取气溶胶数浓度的垂直廓线。.关键数据：本项目通过获取的观测数据发表了多篇论文。并将该项目成果服务于中国气象局雾霾观测。