快速城市化过程，既表现为建成区面积的急剧扩展，同时城市内部高度也在快速增加。城市基础设施立体化和建筑高层化使得城市垂直扩展特征显著，而城市二维三维结构的变化，进一步改变了局地气候，并影响了大气污染物的输移过程。同时，城市中居民的活动空间逐渐从地面扩展到近地表，大气污染物的垂直分布模式与居民的身体健康关系密切。此外，探究空气污染物的垂直分布格局对揭示大气污染物在近地表的交换机制，以及城市-郊区大气污染物的输移规律具有重要意义。
中科院沈阳应用生态研究所景观生态组利用无人机搭载便携式大气污染监测仪，在沈阳市四环内设置东西梯度样带，监测了样带上8个采样点0-120米高度的垂直大气污染物浓度（SO2、NO2、PM1、PM2.5和PM10），并分析了污染物垂直分布特征和变化趋势。研究发现，在监测的第2天和第3天，从西向东大气颗粒物浓度逐渐下降。气态污染物（SO2和NO2）浓度在地面附近低于高空（120米），而大气颗粒物（PM1、PM2.5和PM10）的垂直分布格局则相反。大气污染物的垂直变化幅度由大到小依次为PM10>PM2.5>PM1>NO2>SO2。大气颗粒物随垂直高度的变化趋势明显，浓度随高度的增加而逐渐降低。本研究提出的基于无人机的大气污染物垂直分布格局监测方法和得到的大气污染物梯度分布规律，可以拓宽人们对城市近地表大气环境垂直分布特征的认识，有助于制定有针对性的大气污染防治措施和减轻居民暴露风险。
该成果以“Investigating the vertical distribution patterns of urban air pollution based on unmanned aerial vehicle gradient monitoring”为题发表在Sustainable Cities and Society上。中科院沈阳应用生态研究所景观生态组李春林副研究员为第一作者，刘淼研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委重点和面上项目、中科院青促会人才项目等的支持。
图1 研究区及监测试验设计图
图2 不同监测点和不同污染物的垂直变化趋势
图3 大气污染物的典型垂直分布特征
