大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統的製作方法

2023-05-25 00:30:16

專利名稱：大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及大氣汙染物傳輸和擴散領域，尤其涉及大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統。
背景技術：
大氣是人類生存環境的重要組成部分。由於自然、人類活動向大氣中排放有毒有害物質，當這些物質超過城市環境自身的淨化能力時，則使城市的生態環境受到嚴重的破壞和汙染，在工業社會這是全球性的普遍現象(北京減災協會.城市可持續發展與災害防禦.北京氣象出版社，1998.)。全球已經發生了多次重大的大氣汙染事件。據統計，已經產生危害或引起人們注意的汙染物有100多種，其中影響範圍廣，對人類環境威脅較大的主要是氮氧化物、硫氧化物、懸浮顆粒物和光化學氧化劑等，對人體及生物有很大的危害(Japan Environmental Management Association for Industry, Industrial pollution·Control (2nd Revised). Japan: BRAIN WORK INC. ,TOKYO, 1998.)。中國作為一個工業化程度還比較低的發展中國家，能源結構比例中煤炭比例高達73%，石油佔21%，天然氣和水能僅佔2%和4%，從而造成中國汙染較重，形式嚴峻。碧水藍天，空氣清新，是每個地球人擁抱大自然的環境追求。治理大氣汙染首要是減少汙染物的排放；其次是認識城市大氣汙染分布、輸送與擴散的規律，並利用這些規律降低大氣汙染物的濃度從而減少其危害。大氣汙染物觀測是展開大氣汙染物傳輸和擴散規律研究的基礎。在當前階段有關汙染物時空分布的觀測狀況分為三個層次⑴大部分常規觀測處在地面以上數米的高度上；(2)小部分常規觀測藉助於高層建築或者高塔進行觀測；(3)非常規觀測藉助於系留氣球或者飛機搭載儀器觀測。與此同時，有關大氣汙染物的化驗分析在實驗室裡存在很高的精度，在野外探測儀器數量少精度差。這樣的觀測化驗分析形式嚴重地制約著大氣中汙染物的觀測分析，這也制約著大氣汙染物傳輸和擴散的科學研究。數值模擬是大氣汙染輸送和擴散研究的重要手段之一。數值模式從六十年代開始，由最簡單的單「箱」模式到二維多「箱」模式，逐漸發展到在梯度輸送理論基礎上發展了的大氣擴散模式，到現在中尺度氣象模式和大氣擴散模式相結合的數值模擬方法開始得到廣泛運用(Ragland K. ff. , Multiple box model for dispersion of airpollution from area sources. Atmospheric Environment， 1973，7， 1017-1032. ；ShirC. C. and L. J. Shiehj A generalized urban air pollution model and its applicationto the study of S02 distributions in the St. Louis Metropolitan area.Journal of Applied Meteorology，1974，13:185-204. ；Liu C. Y. and W. R. Goodin,A two-dimensional model for the transport of pollutants in an urban basin.Atmospheric Environment，1976，10， 513-526. ；Fast J. D. , Mesoscale modeling andfour-dimension data assimilation in areas of highly complex terrain. Journalof Applied Meteorology，1995，34，2762-2782. ；Hernandez J.F.,L. Cremades andJ.M. Baldasanoj Simulation of tracer dispersion from elevated and surfacereleases in complex terrain. Atmospheric Environment, 1997，31， 2337-2348.；Kotroni V.,G. Kallos and K.Lagouvardos et al，Numerical simulation of themetorrologican and dispersion condition during an air pollution episode overAthens, Greece. Journal of Applied Meteorology, 1999，38，432-47. ；Barna Μ.，B.Lamb and S. O』Neill et al, Modeling ozone formation and transport in the Cascadiaregion of the Pacific northwest. Journal of Applied Meteorology, 2000， 39，349-366. ；Kukkonenl J.，T. Olssonj D. M. Schultz et al, A review of operational,regional—scale， chemical weather forecasting models in Europe. Atmos. Chem.Phys. , 2012，12，I _ 87.)。無論數值模式的發展和驗證都需要大氣汙染物觀測的時空分布為基礎，尤其是高精度的大氣汙染物的垂直分布。為此發展觀測大氣汙染物垂直分布的有效方法具有重要意義。

發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種操作靈活、精度高的大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統。為解決上述問題，本實用新型所述的大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統，其特徵在於該系統包括直升飛機、由數根塑料軟管並聯在一起的採樣管束、置於地面上且連有空氣採樣袋的自動空氣採樣機和氣相質譜儀；所述直升飛機上設有鋼絲繩牽線，該鋼絲繩牽線與所述採樣管束相連；所述採樣管束中數根塑料軟管的上端開口呈階梯式分布在所述鋼絲繩牽線上，其下埠一一對應有一臺所述自動空氣採樣機。本實用新型與現有技術相比具有以下優點I、本實用新型是一種外場觀測分析方法，屬於大氣汙染物的非常規觀測，能有效地觀測大氣汙染物的垂直分布。2、本實用新型藉助直升飛機將空氣採樣管束中各塑料軟管的上埠放置到所需的採樣高度上，啟動採樣管束下埠所接連接的空氣採樣機可以同時採集不同高度的空氣樣本；最後在實驗室中利用氣象質譜儀對所採樣品進行分析大氣汙染物的組分和濃度。因此，本實用新型獎外場觀測與實驗室化驗分析相結合，有效提高了觀測系統觀測精度。3、由於本實用新型中直升飛機操控性好，牽引力大，對下層較低層的大氣擾動較小，因此，可提聞米樣精確度。4、本實用新型在鋼絲繩牽線的牽引作用下，塑料軟管可以在垂直方向上平直伸展，這樣空氣採樣的高度可以準確地確定。5、本實用新型與已有的非常規觀測技術相比較，通過控制採樣時間，可以使得垂直方向上同步採樣；實現同一地點多時次採樣和短時間內水平空間多點移動採樣。6、本實用新型操作靈活，可以通過調整塑料軟管的根數和上端開口的高度來實現快速調整採樣層數和高度，快速實現加密觀測。7、本實用新型移動性強、造價成本低、多點同時進行彼此之間相隔幾百米都不會相互影響，可以容易地構建高時空密度觀測網進行觀測。以下結合附圖
對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明。圖I為本實用新型的結構示意圖。圖中1 一塑料軟管 2—鋼絲繩牽線 3—採樣管束 4一直升飛機5—自動空氣採樣機 6—空氣採樣袋。
具體實施方式
如圖I所示，大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統，該系統包括直升飛機4、由數根塑料軟管I並聯在一起的採樣管束3、置於地面上且連有空氣採樣袋6的自動空氣採樣機 5和氣相質譜儀。直升飛機4上設有鋼絲繩牽線2，該鋼絲繩牽線2與採樣管束3相連；採樣管束3中數根塑料軟管I的上端開口呈階梯式分布在鋼絲繩牽線2上，其下埠一一對應有一臺自動空氣採樣機5。所採空氣樣品儲存於空氣採樣袋6中，並用氣相質譜儀對所採空氣樣品進行化驗分析。使用時，根據空間多層採樣的高度確定I，將多根輕質塑料軟管I固定在一根鋼絲繩牽線2上製成採樣管束3，採樣管束3的每根塑料軟管I根據其規定長度，其上端開口將對應各垂直層高度，其中，h,從低到高依次表示不同垂直高度層，下標2，3，……，η, η為採樣總層數；在採樣管束3的地面端，每根塑料軟管I分別連接一臺自動空氣採樣機5，
米樣機編號為Ci，下標i=l, 2，3，......, η,與垂直高度層對應；利用直升飛機4作為牽
引設備，將固定有採樣管束3的鋼絲繩牽線2掛載到直升飛機4上，直升飛機4距離地面高度為//，為保證直升飛機4在空中不對其下層大氣造成影響，H夂予hn ;在一次採樣過程中，直升飛機4始終保持固定高度仏以確保各採樣層Ai的高度恆定；開啟自動空氣採樣機5，依據採樣高度和採樣氣流速度設置各臺採樣機5採樣時間，確保垂直方向採樣同步，SP在同一時刻採集不同高度上《個採樣點的空氣樣品；採樣完畢後，及時對空氣採樣袋6進行採集高度和採集時間標號；每次採集完成後，在採樣管束3的地面端用純度為99. 9%的氮氣對每根塑料軟管I進行清洗，以備下次採集應用；將空氣採樣袋6送實驗室，利用氣相質譜儀對所採集空氣樣本中所含汙染物組分和濃度進行化驗分析，即可得到大氣汙染物的組分和濃度，同時也得到了大氣汙染物的垂直分布。
權利要求1.大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統，其特徵在於該系統包括直升飛機(4)、由數根塑料軟管(I)並聯在一起的採樣管束(3 )、置於地面上且連有空氣採樣袋(6 )的自動空氣採樣機(5)和氣相質譜儀 ；所述直升飛機(4)上設有鋼絲繩牽線(2)，該鋼絲繩牽線(2)與所述採樣管束(3 )相連；所述採樣管束(3 )中數根塑料軟管(I)的上端開口呈階梯式分布在所述鋼絲繩牽線(2 )上，其下埠——對應有一臺所述自動空氣採樣機(5 )。
專利摘要本實用新型涉及一種大氣中汙染物垂直多層觀測分析系統，該系統包括直升飛機、由數根塑料軟管並聯在一起的採樣管束、置於地面上且連有空氣採樣袋的自動空氣採樣機和氣相質譜儀。所述直升飛機上設有鋼絲繩牽線，該鋼絲繩牽線與所述採樣管束相連；所述採樣管束中數根塑料軟管的上端開口呈階梯式分布在所述鋼絲繩牽線上，其下埠一一對應有一臺所述自動空氣採樣機。本實用新型是一種外場觀測分析方法，屬於大氣汙染物的非常規觀測，操作靈活、精度高，能有效地觀測大氣汙染物的垂直分布。
文檔編號G01N1/22GK202693520SQ201220365520
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者左洪超, 陳伯龍, 任鵬程, 董龍翔, 董文成 申請人:蘭州大學