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生物气溶胶观测研究进展

激光雷达,生物气溶胶,激光诱导荧光,云

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.11 地球系统中的生物气溶胶：气候、生态与健康效应

生物气溶胶是大气中的重要组分，对气候、环境与人体健康均有显著影响。沙尘气溶胶可携带大量的生物气溶胶远距离输送至下游地区，从而对区域乃至全球的气候与环境产生更大影响。目前，由于缺乏对生物气溶胶时空分布特征的系统认识，人们对于评估其气候环境效应还存在很大不确定性，究其原因是先进、可靠的生物气溶胶监测技术还很欠缺。为此，兰州大学团队发挥激光雷达在探测范围大、时空分辨率高的遥感技术优势，以及激光诱导荧光技术（LIF）在探测生物组分方面的独特优势，攻克了微弱信号探测、多通道抗干扰等核心技术，解决了已有系统全荧光光谱探测不全导致非生物组分干扰的技术瓶颈，自主研发了高功率荧光光谱仪式激光雷达系统，探测实际大气中生物气溶胶与云的高分辨率垂直分布。

基于激光雷达在线观测，结合野外采样与生物信息手段等离线分析，开展了我国北方生物气溶胶大型野外观测（DuBi，即Dust-bioaerosol campaign），获得典型下垫面类型下的实际大气生物气溶胶浓度与群落组成等重要信息分布特征，率先在我国使用统一、标准化手段获得了大范围生物气溶胶关键基础数据。

研究发现，大气生物气溶胶的时空差异性较大，干旱区通常具有较高的微生物细胞浓度和较低的微生物与总颗粒物的比率；干旱区大气中生物气溶胶多样性也比半干旱区结果更高，且每微克PM₁₀的微生物细胞数随着PM₁₀的增加而减少。此外，创新性地将全波段荧光光谱与偏振信号、机器学习相结合，首次实时探测到实际大气中云里的生物气溶胶，为研究生物气溶胶-云相互作用及人工影响天气作用提供了新观测手段。未来，通过融合多参数探测、全光谱分析与智能反演等先进技术，将有望构建覆盖更全、精度更高的大气生物气溶胶垂直监测体系，为深入理解其气候环境效应、服务生物安全提供关键科技支撑。