Ứng dụng công nghệ Lidar trong quan trắc ô nhiễm không khí

Lidar là một công cụ mạnh mẽ để xác định, theo dõi liên tục các nguồn phát thải gây ô nhiễm không khí. Bằng cách cung cấp dữ liệu chính xác và toàn diện, công nghệ này giúp các nhà quản lý xây dựng kế hoạch để triển khai các biện pháp giảm phát thải ô nhiễm.

Việc sử dụng các thiết bị, công cụ, kỹ thuật quan trắc không khí từ lâu đã được thực hiện tại Việt Nam, thông qua mạng lưới quan trắc thủ công, định kỳ, cũng như các trạm quan trắc tự động, liên tục.Tuy nhiên, công nghệ quan trắc chủ yếu đo đạc, tính toán từ quá trình hoạt động của đô thị trạm quan trắc tầm thấp. Quá trình lan truyền ô nhiễm từ nơi khác và ở tầng không khí trên cao chưa được quan trắc, tính toán khi có hiện tượng đối lưu nhiệt gây ô nhiễm đối với cư dân đô thị. Việc tìm nguyên nhân qua ảnh mây vệ tinh chưa đảm báo tính liên tục và chưa có tính thuyết phục cao do chưa định lượng được vấn đề ô nhiễm.

Trước những vấn đề thực tiễn quan trắc ô nhiễm không khí và theo chỉ đạo của lãnh đạo Bộ Tài nguyên và Môi trường, đơn vị đã tìm hiểu và nhận thấy rằng, các nước trên thế giới đã và đang áp dụng công nghệ Lidar (Light Detection And Ranging) để quan trắc, đánh giá các thông số ô nhiễm trên cao, tính toán được nguồn lan truyền ô nhiễm trong không khí trên cao đến ô nhiễm đô thị.

 Hệ thống viễn thám mặt đất mini Micropulse Lindar

Đây là công nghệ duy nhất hiện nay có khả năng quan trắc tầm xa trên 10 km và dùng tia laser chủ động quét các tầng khí quyển để xác định thành phần ô nhiễm. Dựa trên nguyên tắc hấp thụ ánh sáng khác nhau giữa các thành phần ô nhiễm, từ đó tính toán được nồng độ các hợp chất trong các tầng khí quyển. Các hệ thống Lindar có thể thu thập dữ liệu thời gian thực, cho phép theo dõi sự thay đổi trong nồng độ chất gây ô nhiễm theo thời gian.

Lidar là một công nghệ mới tiếp theo công nghệ Radar. Công nghệ này dùng sóng laser có bước sóng từ UV đến cận hồng ngoại, có thể quét được ở vùng ánh sáng nhìn thấy được (vùng khả kiến) nên khả năng quan sát được các aerosol khí, bụi mịn ở nhiều tầng khí quyển. Dựa trên nguyên tắc hấp thụ của từng loại ô nhiễm và tán xạ sóng, sẽ dễ dàng tính được nồng độ ô nhiễm trên các tầng của khí quyển. Trong khi đó, Radar nói chung và Radar thời thiết nói riêng chỉ dùng sóng viba (sóng dài như UHF, VHF) nên chỉ quan sát được mây, sương mù có kích thướt lớn và thường xuyên bị nhiễu do gần bước sóng vô tuyến và gây sai số.

Quan trắc môi trường không khí dùng công nghệ đo quang dựa trên tia laser thường được đặt cố định trên tháp quan sát môi trường hoặc trên xe di động. Hiện nay, Lidar đã trở thành một công cụ không thể thiếu để nghiên cứu biến đổi khí hậu nói chung và vật lý khí quyển nói riêng, với các ứng dụng rộng rãi từ khả năng đo, đánh giá và phân tích mật độ của bụi, sol khí (aerosol), ozone… cho tới các loại khí thải độc hại gây ô nhiễm như: Thủy ngân, SO2, NO2, Benzen. Công nghệ LIDAR đã và đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều mạng lưới trên toàn thế giới để nghiên cứu khí quyển trong đó có thể kể đến mạng lưới Micro-Pulse Lidar của NASA (MPLNET), mạng lưới Lidar nghiên cứu về Sol khí (Aerosol) tại châu Âu (EARLINET), mạng lưới Bụi Châu Á và quan trắc Aerosol bằng Lidar (AD-Net).

Công nghệ Lidar cung cấp dữ liệu về các đám mây và lớp biên bề mặt bầu khí quyển lên đến độ cao 15 km tính từ vị trí đặt thiết bị, đồng thời cho phép xác định các phép đo tán xạ ngược đồng phân cực và phân cực chéo cung cấp thông tin về pha của sol khí, từ đó tính toán phân bố nồng độ và tính chất của sol khí theo chiều thẳng đứng.

Trên cơ sở khoa học và thực tiễn các nước trên thế giới, việc đầu tư hệ thống Micro Pulse Lidar (MPL) nhằm hoàn thiện được bức tranh nguyên nhân gây ô nhiễm đô thị ở tầng cao do nơi khác di chuyển đến, khi có hiện tượng nghịch nhiệt gây ô nhiễm kéo dài nhiều ngày cho đô thị. Đây cũng là cơ sở bước đầu để tiến hành đầu tư công nghệ quan trắc ô nhiễm không khí tầm xa Lidar cho các vùng kinh tế trọng điểm trên cả nước. Đây cũng là công nghệ quan trọng nhằm hoàn thiện công cụ dự báo cảnh báo ô nhiễm không khí tại TP. Hồ Chí Minh nói riêng và các đô thị lớn trong tương lai.

Nguồn: Bộ Tài nguyên và Môi trường