WXT520維薩拉氣象常規(guī)參數(shù)分析儀在環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

黃　偉　余家燕 　唐　曉　劉姣姣

(1.重慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,重慶 401147；2.城市大氣環(huán)境綜合觀測(cè)與污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401147)

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WXT520維薩拉氣象常規(guī)參數(shù)分析儀在環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

黃偉1，2余家燕1，2唐曉1，2劉姣姣1

(1.重慶市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,重慶 401147；2.城市大氣環(huán)境綜合觀測(cè)與污染防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶 401147)

摘要：利用WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀WINDCAPR傳感器超聲波測(cè)定原理，可穩(wěn)定測(cè)量環(huán)境大氣中的大氣壓力、濕度、降水、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象監(jiān)測(cè)參數(shù)，為重慶市主城區(qū)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)主要污染物濃度數(shù)據(jù)的輔助分析提供了數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：氣象；傳感器；WXT520；環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)

城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展以及機(jī)動(dòng)車保有量的迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致大氣污染問題和引起的城市或區(qū)域空氣質(zhì)量惡化成為嚴(yán)峻的環(huán)境問題。在區(qū)域性大氣污染綜合防治過程中，往往需要從區(qū)域環(huán)境整體出發(fā)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的大氣污染形成遷移及轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行充分了解[1]。因此區(qū)域范圍內(nèi)的大氣氣象特征的了解和追蹤在重大環(huán)境空氣污染事件、環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)觀測(cè)以及環(huán)境空氣預(yù)警預(yù)報(bào)等一系列工作中越來越多的得到了應(yīng)用。重慶市主城區(qū)環(huán)境空氣國控自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中則采用了芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)研發(fā)的WXT520型氣象常規(guī)參數(shù)分析儀，用以開展主城區(qū)區(qū)域范圍內(nèi)的環(huán)境空氣氣象常規(guī)參數(shù)的長(zhǎng)期觀測(cè)工作。

1儀器簡(jiǎn)介

WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀是由芬蘭維薩拉公司生產(chǎn)研發(fā)的氣象常規(guī)參數(shù)監(jiān)測(cè)儀(見圖1)，采用超聲波技術(shù)為核心的維薩拉WINDCAPR傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣壓力、相對(duì)濕度、降水、溫度、風(fēng)速和風(fēng)向等參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。相對(duì)于傳統(tǒng)的氣象觀測(cè)設(shè)備，該設(shè)備具有維護(hù)量小，靈敏度和準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，并應(yīng)用于氣象觀測(cè)站、稠密監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)場(chǎng)、港口、碼頭等領(lǐng)域[2]。

圖1　維薩拉氣象傳感器WXT520儀器外觀

2技術(shù)參數(shù)[2]

2.1　總體概述

WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀總體指標(biāo)概述如表1所示。

表1　總體指標(biāo)概述

2.2　風(fēng)速和風(fēng)向

為了測(cè)量風(fēng)速與風(fēng)向, WXT520使用維薩拉WINDCAPR傳感器，使用超聲波來測(cè)定水平風(fēng)速與風(fēng)向。三個(gè)等距的傳感器排列在一個(gè)水平面上，這是維薩拉獨(dú)有的設(shè)計(jì)，指標(biāo)見表2。

表2　風(fēng)速和風(fēng)向性能指標(biāo)

2.3　大氣壓力、溫濕度

WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀的PTU模塊使用電容式測(cè)量法，測(cè)量大氣壓力，溫度和濕度(表3、表4、圖2),不需要與傳感器進(jìn)行任何接觸，即可很方便地更換模塊。

表3　大氣壓力性能指標(biāo)

表4　氣溫性能指標(biāo)

圖2　整個(gè)溫度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度曲線

2.4　降水

WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀使用獨(dú)特的維薩拉RAINCAP傳感器來測(cè)量降水，該傳感器可以探測(cè)單個(gè)雨滴的碰撞。碰撞產(chǎn)生的信號(hào)與雨滴的體積成正比。因此，每個(gè)雨滴的信號(hào)可以直接轉(zhuǎn)換成累積的降雨量。WXT520測(cè)量累積降雨量，降雨強(qiáng)度和降雨持續(xù)時(shí)間等，可提供全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在測(cè)量降雨的過程中，WXT520不受洪水阻塞、潮濕和蒸發(fā)損失的影響。同時(shí)WXT520有一個(gè)自動(dòng)控制電路，可在低溫時(shí)啟動(dòng)加熱功能(表5)。

表5　降水性能指標(biāo)

由于天氣狀況存在變化的特點(diǎn)，同時(shí)由于空間的變化，降雨量的讀數(shù)可能存在一定偏差，短時(shí)間的測(cè)量數(shù)據(jù)尤其如此。準(zhǔn)確度規(guī)范不包括可能的風(fēng)感應(yīng)誤差。

3應(yīng)用與討論[3-5]

選取WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀2014年3月份的氣象數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合市氣象臺(tái)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析(見表6)，3月主城區(qū)氣溫在12.2～19.0℃之間，平均氣溫為14.5℃，平均氣壓為98.7kPa，降水量為203.2mm，降水天數(shù)為11天，平均風(fēng)速為4.2m/s。與去年同期相比，平均氣溫偏低3.3℃，氣壓高0.2kPa，降水量增加200mm，降水天數(shù)多7天，平均風(fēng)速小0.8 m/s。

表6　2014年3月氣象數(shù)據(jù)與去年同期比較

從氣象擴(kuò)散條件來看，3月份降水天數(shù)同比增加了7成，降水量增加200mm，3月下旬的降水量創(chuàng)歷史同期之最，氣象條件遠(yuǎn)好于去年同期。從環(huán)境空氣綜合質(zhì)量指數(shù)AQI數(shù)值與降水量日變化可看出(圖3)，3月雨水較多，氣象條件有利于污染物擴(kuò)散，中下旬(19～20日、27日)較強(qiáng)的降溫降雨過程導(dǎo)致污染物濃度，尤其是顆粒物濃度下降迅速，雨水洗脫效果明顯。

圖3　2014年3月AQI及降水量日變化

4結(jié)束語

WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀目前已較多的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)踐工作中，為區(qū)域范圍內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)觀測(cè)和輔助判斷，各類環(huán)境空氣預(yù)警預(yù)報(bào)應(yīng)用模型(如：CMAQ、CAMX、NAQMS等)氣象初始場(chǎng)設(shè)置等工作起到了積極的應(yīng)用意義。

但同時(shí)我們應(yīng)該注意到，該儀器僅僅是針對(duì)近地面的大氣壓力、相對(duì)濕度、降水、溫度、風(fēng)速和風(fēng)向等六項(xiàng)基本氣象參數(shù)實(shí)時(shí)在線觀測(cè)，要深入了解和掌握區(qū)域范圍內(nèi)的較大尺度的污染物形成、遷移及轉(zhuǎn)化過程中的微氣候變化，進(jìn)一步說清區(qū)域環(huán)境空氣污染狀況和規(guī)律，還應(yīng)借助風(fēng)廓線雷達(dá)、激光雷達(dá)等高空探測(cè)儀器對(duì)高空風(fēng)羽/風(fēng)速、大氣邊界層高度PBL、氣溶膠光學(xué)厚度AOD等參數(shù)進(jìn)行加強(qiáng)觀測(cè)和分析[6，7]。

參考文獻(xiàn)

[1]唐孝炎，張遠(yuǎn)航，邵敏，等.大氣環(huán)境化學(xué)(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2006：1-9.

[2] WXT520氣象常規(guī)參數(shù)分析儀操作使用說明[S].

[3] 張劍，劉紅年，唐麗娟，等.蘇州城區(qū)能見度與顆粒物濃度和氣象要素的相關(guān)分析[J].環(huán)境科學(xué)與研究，2011,24(9)：982-987.

[4] 葉堤，蔣昌潭，王飛，等.重慶市區(qū)大氣能見度變化特征及其影響因素分析[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào)，2006,22(6)：6-9.

[5] 張樣盛，譚東，楊娟，等. 重慶市永川區(qū)PM10濃度與氣象因子相關(guān)性研究[J].三峽環(huán)境與生態(tài)，2010,32(5)：29-32.

[6] 楊引明，陶祖鈺，等.上海LAP 3000 邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)在強(qiáng)對(duì)流天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用初探[J]. 成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1998,34(2~3)：155-160.

[7] 李禮，楊燦，余家燕，等.重慶典型灰霾天氣下大氣氣溶膠的激光雷達(dá)探測(cè)[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37(1)：143-146.

Application of meteorological sensor WXT520 in environment air monitoring.

HuangWei1,2,YuJiayan1,2,TangXiao1,2,LiuJiaojiao1

(1.ChongqingCenterofEnvironmentalMonitoring,Chongqing401147,China；2.ChongqingCenterforEmissiontrade,Chongqing401147,China)

Abstract:Vaisala meteorological sensor WXT520 can measure atmospheric pressure, humidity, precipitation, temperature, wind speed, wind direction and other meteorological parameters in the environmental atmospheric, and provide reliable data to support the aided analysis of concentration data of main pollutants in air quality monitoring urban environment of Chongqing city.

Key words：meteorological；sensor；WXT520；ambient air monitoring

收稿日期：2014-09-16

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.006

通訊作者：余家燕，女，1981出生，副高級(jí)工程師，碩士，主要從事環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)和科研工作，E-mail：cqhkyzdz@163.com。

作者簡(jiǎn)介：黃偉，女，1983年出生，工程師，碩士，主要從事環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)和科研工作，E-mail：weizi8352@163.com。

基金項(xiàng)目：國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)項(xiàng)目(2012YQ06014705)