CN104931461A - 一种大气能见度测量和预报仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大气能见度测量和预报仪，相对湿度是影响大气能见度的最重要的气象要素，在气溶胶的理化性质不发生显著改变的情况下相对湿度是决定能见度的首要因素。该仪器可将相对湿度自动调整为预报时间段的相对湿度，实现能见度的预报功能。此外该仪器的还可实现对不同相对湿度下的能见度测量，这一功能对于理论研究将起到重要作用。该仪器包括气溶胶进样模块、相对湿度控制模块、消光系数测量模块和数据处理模块，其特征是：所述相对湿度控制模块中，干燥器后分两路分别与消光系数测量模块连接，其中一路经过滤器和第一电磁阀与消光系数测量模块连接，另一路经湿度控制组件和第二电磁阀与消光系数测量模块连接。

Description

一种大气能见度测量和预报仪

技术领域：

本发明涉及一种能见度测量和预报仪，及预报和测量方法，属大气测量技术领域。

背景技术：

相对湿度对大气能见度的印象一直受到人们的广泛关注，这是由于在高的相对湿度下气溶胶的粒径和消光特性会发生显著的变化，对能见度产生显著影响。

目前为止大气能见度的预报工作主要是通过模式计算的方法计算。核心思路是通过模式计算出符合未来真实情况的气溶胶的粒径，数浓度，化学组成信息，并根据未来的温，湿，压的信息通过计算能见度情况。随着研究的深入模式计算的方法的精度会越来越高，但就目前而言有3个问题难以解决。

第一，气溶胶的化学组成的模拟十分困难，而气溶胶化学组成决定了气溶胶的吸湿性；是不同气象条件下影响大气能见度的重要因素；

第二，模式模拟在复杂地形下误差较大；

第三，模式计算需要极强的专业性，因此对于观测点周边环境改变导致的变化的预测十分困难。

发明内容：

针对现有技术状况，本发明提供一种能见度测量和预报仪。

本发明另一目的提供一种能见度预报和测量方法，通过测量当前气溶胶在模拟未来环境参数下的能见度，实现能见度的预报功能。

本发明的技术方案如下：

一种大气能见度测量和预报仪，包括气溶胶进样模块、相对湿度控制模块、消光系数测量模块和数据处理模块，其特征是：所述相对湿度控制模块中，干燥器后分两路分别与消光系数测量模块连接，其中一路经过滤器和第一电磁阀与消光系数测量模块连接，另一路经湿度控制组件和第二电磁阀与消光系数测量模块连接。

一种大气能见度测量和预报方法，该方法包括以下步骤：

第一步，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，环境气体经气溶胶进样模块，送入干燥器除去水气，然后经过滤装置滤去气溶胶形成零气，送入消光系统测量模块；

第二步，消光系统测量模块测量当前零气的消光系数，即获得仪器背景消光数据；

第三步，关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀，除去水气的环境气体送入湿度控制组件，根据预报值（天气预报中或其它测量中得到的相对湿度值）中当前之后某一时刻（如当前以后1小、2小时…6小时）的相对湿度值，调整为湿度控制组件的控制值，湿度控制组件出来的气体送入消光系统测量模块，测量得到相应消光系数；

第四步，由第三步）中测得的消光系统扣除第二步）中得到的仪器背景消光数据，得到测量消光系数，再根据下式计算，得到该时刻的预报消光系数，进入下次预报：

预报消光系数=测量消光系数×预报pm2.5质量/计算当前PM2.5质量来计算；

式中，预报pm2.5质量可根据模式计算结果获得，PM2.5的质量可直接调用观测数据，或利用模式计算数据，公式中预报值中数据与相对湿度时刻对应。

上述该方法还包括以下步骤：

对湿度控制组件由底到高设置多个相对湿度调控值（调控值可为40%，50%，60%，70%，75%，80%，85%，90%），依次测量对应每个调控值的相对湿度数据，扣除步骤2）背景消光数据，得到消光系统与相对湿度的响应曲线。

   本发明中，气溶胶进样模块结构为先将气路进行干燥后分为两路进气或多路进气，当两路进气时一路为零气，一路为包含控制湿度下的气溶胶流入。当多路时可增加采样环境进气通道或相对湿度控制通道。预报的相对湿度数据中可包含wrf等各种气象模式和气象台站发布的数据，利用该数据可实现相对湿度预报功能。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、相对湿度是影响大气能见度的最重要的气象要素，在气溶胶的理化性质不发生显著改变的情况下相对湿度是决定能见度的首要因素。本发明可将相对湿度自动调整为预报时间段的相对湿度，实现能见度的预报功能。此外该仪器的还可实现对不同相对湿度下的能见度测量，这一功能对于理论研究将起到重要作用。

2、本发明直接测量气溶胶模拟的未来相对湿度下的能见度有效的规避了环境参数的影响。

3、本发明涉及仪器由于可直接安装在观测点，因此对复杂地形条件下的能见度测量极其有效。

4、本发明由于是针对观测点的测量，极大的回避了周边环境的变化对测量的不确定性的影响。

附图说明:

图1 本发明能见度测量和预报仪的仪器原理图。

图2为本发明相对湿度控制模块的组成图。

具体实施方式：

本发明的原理如图1、图2所示，本发明主要设备的连接关系。本发明气溶胶进样模块、相对湿度控制模块、气溶胶消光系数测量模块和数据处理模块组成。气溶胶进样模块中环境空气进入干燥管后相对湿度降为30%或以下，然后气路分为两路或多路，其中一路为零气，其他气路为相对湿度控制气路，气路之间的切换控制由计算机中数据处理模块实现。零空气气路用于标定仪器测量误差，作为背景数据。相对湿度控制模块分为两种工作方式，其中可选择环境数据预报数据的读取和计算结果输出方式实现预报功能，通过由小到大设定多个相对湿度，实现不同相对湿度的测量作为应用分析。消光系数测量模块可选用目前的商用仪器，如光腔衰荡能见度仪。

实施例一：预报功能实施方案：

测试过程如下：

1.打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，此时环境气体经过干燥器（采用干燥管）除去水气，然后经过过滤膜出去气溶胶形成零气后进入消光系统测量模块。2.测量此时的消光或能见度值，获得仪器背景数据。3.关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀，根据预报值将相对湿度调整为1小时后的相对湿度，测量此时的相对湿度数据。4，扣除背景消光后根据公式预报消光系数=测量消光系数×预报pm2.5质量/计算当前PM2.5质量来计算。公式中预报pm2.5质量和计算当前PM2.5质量数据由模式给出，或假设为1。6完成一次预报后进入下次的预报。

    实施例二：分析功能实施方案：

测试过程如下：

1.打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，此时环境气体经过干燥器除去水气，然后经过过滤膜出去气溶胶形成零气后进入消光系统测量模块。2.测量此时的消光或能见度值，获得仪器背景数据。3.关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀，由底到高设置多个相对湿度调，可为40%，50%，60%，70%，75%，80%，85%，90%，依次测量上述相对湿度数据。4，扣除背景消光后可得到能见度对相对湿度的响应曲线，用于理论研究。

Claims (6)

1.一种大气能见度测量和预报仪，包括气溶胶进样模块、相对湿度控制模块、消光系数测量模块和数据处理模块，其特征是：所述相对湿度控制模块中，干燥器后分两路分别与消光系数测量模块连接，其中一路经过滤器和第一电磁阀与消光系数测量模块连接，另一路经湿度控制组件和第二电磁阀与消光系数测量模块连接。

2.根据权利要求1所述大气能见度测量和预报仪，其特征是：所述干燥器采用干燥管结构。

3.一种大气能见度测量和预报方法，该方法包括以下步骤：

第一步，打开第一电磁阀，关闭第二电磁阀，环境气体经气溶胶进样模块，送入干燥器除去水气，然后经过滤装置滤去气溶胶形成零气，送入消光系统测量模块；

第二步，消光系统测量模块测量当前零气的消光系数，即获得仪器背景消光数据；

第三步，关闭第一电磁阀，打开第二电磁阀，除去水气的环境气体送入湿度控制组件，根据预报值中当前之后某一时刻的相对湿度值，调整为湿度控制组件的控制值，湿度控制组件出来的气体送入消光系统测量模块，测量得到相应消光系数；

第四步，由第三步）中测得的消光系统扣除第二步）中得到的仪器背景消光数据，得到测量消光系数，再根据下式计算，得到该时刻的预报消光系数，进入下次预报：

预报消光系数=测量消光系数×预报pm2.5质量/当前PM2.5质量来计算；

式中，预报pm2.5质量可根据模式计算结果获得，PM2.5的质量可直接调用观测数据，或利用模式计算数据，公式中预报值中数据与相对湿度时刻对应。

4.根据权利要求3所述大气能见度测量和预报方法，其中，所述当前之后某一时刻为当前以后1小、2小时…6小时中之一时刻。

5.根据权利要求3或4大气能见度测量和预报方法，其中，该方法还包括以下步骤：

对湿度控制组件由底到高设置多个相对湿度调控值，依次测量对应每个调控值的相对湿度数据，扣除步骤2）背景消光数据，得到消光系统与相对湿度的响应曲线。

6. 根据权利要求5大气能见度测量和预报方法，其中，所述多个相对湿度调控值分别为40%，50%，60%，70%，75%，80%，85%，90%。