CN204832553U

CN204832553U - 气候灾害移动监测系统

Info

Publication number: CN204832553U
Application number: CN201520469325.4U
Authority: CN
Inventors: 闭建荣; 黄建平; 史晋森; 黄忠伟; 张北斗; 张武
Original assignee: Lanzhou University
Current assignee: Lanzhou University
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2015-07-03
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2025-07-03

Abstract

本实用新型公开了一种气候灾害移动监测系统，包括可移动拖车实验室，所述可移动拖车实验室设置有内部操作平台和顶部仪器安装平台，所述顶部仪器安装平台设置有微脉冲偏振激光雷达、多波段太阳光度计、天空辐射计、多滤波旋转遮光辐射仪、全天空成像仪、太阳跟踪器、整套地表辐射仪器以及常规气象要素和地面气溶胶理化特性采样仪器。本实用新型具有可移动性、灵活便捷、自动连续监测等特点，通过对沙尘暴和干旱气象灾害的发生、发展与演变过程进行实时、动态加强监测，并结合同期卫星遥感产品及区域模式结果，试图加深对气象灾害发生、发展机理的认识，逐步完善气象灾害预报预警服务体系，以保障人民生命财产安全、促进经济发展与社会进步。

Description

气候灾害移动监测系统

技术领域

本实用新型属于气象监测领域，具体涉及一种气候灾害移动监测系统。

背景技术

我国是世界上受气象灾害影响最为严重的国家之一，平均每年气象灾害造成的经济损失占所有自然灾害损失的70%以上。据统计，自2000年以来，我国每年因重大气象灾害所造成的直接经济损失高达2000亿元，大约占国内生产总值（GDP）的1%～3%。每年频繁发生的干旱和沙尘暴作为我国西北地区两种最主要的气象灾害天气，不仅严重危害这一地区工农业生产及人民生命财产，同时还对水资源、生态环境、社会经济发展与稳定构成极大威胁。根据1987至2006年资料统计，我国平均每年遭受干旱灾害的农作物面积为2557.3万公顷，约占气象灾害造成农作物受灾面积的51.15%，而在我国西北干旱半干旱地区更为严重。1993年5月5日～6日，甘肃省河西走廊地区出现了历史上罕见的特大强沙尘暴，沙暴席卷了西北三省区（新疆、甘肃、宁夏）和内蒙古72个县（旗）的大约110万平方公里，造成85人死亡，31人失踪，264人受伤，给农牧业造成巨大损失，估计直接经济损失达7.25亿元，使原本非常脆弱的生态环境遭受了一次沉重的打击。截止目前，人类虽然无法直接阻止重大气象灾害的发生，但是可以通过先进探测技术、现代化手段加强对气象灾害发生、发展的监测，提升气象灾害预测、预警服务能力和水平，为政府部门在防灾减灾重大决策中提供关键的数据支撑和理论依据。

然而，要建立一个长期的气候与环境综合观测野外台站，不仅需要购置国内外高精密先进的仪器设备，同时必须配备观测场地、实验用房和值班工作人员等基本条件，观测站点交通便捷且距离居民生活区较近（以保证工作人员基本的日常生活），这无疑将耗费大量的人力、物力和财力，而且这些条件在我国西北戈壁、荒漠和高寒地区很难实现。

实用新型内容

本实用新型提供一种半干旱综合观测平台，目的在于解决上述技术问题。为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种气候灾害移动监测系统，包括用于提供仪器安装工作平台的可移动拖车实验室，所述可移动拖车实验室设置有内部操作平台和顶部仪器安装平台，所述顶部仪器安装平台设有微脉冲偏振激光雷达、多波段太阳光度计、天空辐射计、多滤波旋转遮光辐射仪、全天空成像仪、太阳跟踪器、整套地表辐射仪器以及常规气象要素和地面气溶胶理化特性采样仪器，所述整套地表辐射仪器包括用于测量水平方向180度范围内上光谱波段为0.285～2.8μm的太阳短波总辐射或地表反射辐射、散射辐射以及宽波段地表反照率的短波辐射表，用于测量水平面上太阳总辐射、散射辐射通量的黑白辐射表，用于测量水平方向180度范围内上光谱波段为3.5～50μm的大气和地表向上长波辐射通量的长波辐射表，用于测量测量光谱范围0.2～4μm的太阳直接辐射通量的直接辐射表，用于测量光谱范围0.295～0.385μm的太阳总紫外辐射通量的总紫外辐射表。

进一步，所述微脉冲偏振激光雷达用于测量气溶胶消光系数垂直廓线、光学厚度、退偏比、边界层高度和云高度。

进一步，所述多波段太阳光度计用于测量340-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率、不对称因子、粗/细模态粒子比、水汽和臭氧浓度柱含量。

进一步，所述天空辐射计用于提供400-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，不对称因子、水汽和臭氧浓度柱含量。

进一步，所述多滤波旋转遮光辐射仪用于测量415-940nm共6个通道的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，卷云的光学厚度、粒径大小、云水含量和水汽含量。

本实用新型的有益效果：本实用新型的气候灾害移动监测系统具有可移动性、灵活便捷、自动连续监测、合理花费等特点，通过对西北地区沙尘暴和干旱气象灾害的发生、发展与演变过程进行实时、动态加强监测，并结合同期卫星遥感产品及区域模式结果，试图加深对气象灾害发生、发展机理的认识，逐步完善气象灾害预报预警服务体系，以保障人民生命财产安全、促进经济发展与社会进步。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：

图1为本实用新型平台顶部仪器安装分布图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。

本实施例的可移动拖车实验室的三维规格为：长5.8米×宽2.3米×高2.5米，其体积尺寸是从野外移动实验室观测标准和运输限制要求等方面进行考虑设计的。拖车顶部四个角孔（如图1中①-④所示）的直径为8厘米，厚度为6厘米，主要从便于吊卸进行设计。整个拖车的基本框架与内部的材料主要由结实、防震性能好、耐高温、抗磨抗震等性能良好的优质钢材建造。拖车内的不锈钢架子是根据将来可能要配备的一整套地面气溶胶综合观测系统进行预留的，整个架子长2.5米×宽1.1米×高1.8米，设计共分为四层，各层架子之间的距离和高度都可根据实际需要进行调节；电源线的线路设计在内部走线，在两侧和车顶分别预留了对称的若干个出口，这是根据设备采样器的进、出口气孔、数据信号线、电源线的安全、便捷进行考虑的。实验室内架子作为主要的操作平台，主要放置各类数据采集器、小型服务器和电脑等部件，同时预留部分空间用于放置将来可能安装的气溶胶吸收、散射与粒子谱等设备。此外，移动监测系统内部还配备有UPS不间断稳压电源（当外部供电电源断开或停电时，UPS可以保证整套系统在一定功率下运行1个小时以上）、1.5匹功率的变频空调（保证实验室内的温度能很好地维持在一个恒定的范围内20～25℃）、安全消防设备、除尘防静电器和野外急救包。

综合观测系统平台顶部架子上各套仪器的安装位置都是预先设计好的，一方面必须符合地面气象观测规范的标准，即“北高南低，东西成排，南北成列”等，同时综合考虑使各类仪器观测之间的相互影响尽可能降低到最小。仪器安装位置的平面设计为：东北角①处安装WXT-520型多气象要素传感器，离地面高度为4米；西北角③处安装一根导电良好的铜质避雷针；最北面从东往西分别安装气溶胶浓度采样仪（TSP、PM10和PM2.5质量浓度）、安德森采样器、圆孔直径为0.4米的微脉冲激光雷达天窗（上面安装特制的玻璃，防止灰尘、雨、雪等粒子进入内部操作间）。车顶部设计有三副可移动的不锈钢架子（统一为宽度0.4米×高度0.85米）用于装配地基遥感仪器。一副架子安装在地理北面，主要安装双轴太阳自动跟踪器（太阳直接辐射和散射辐射表均安装在跟踪器上）、太阳光度计、天空辐射计等，一副架子（长2.3米×宽0.4米×高0.85米）安装在西面，主要安装全天空成像仪、多滤波旋转遮光辐射仪和光合有效辐射表等，另一副架子安装在地理南面，主要安装有长波、短波、总紫外和黑白型总辐射表等；同时配备几个外围安全防护栏杆（以保护工作人员的安全）。在东面中部设计有一个长0.75米×宽0.6米的天窗门，操作人员可从内部工作间方便到顶部平台安装、调试、维护传感器；此外，在顶部中间位置预留了四个直径为8厘米的圆孔，用于将来可能增加的地面气溶胶采样仪器气流进、出口。

本实施例各仪器详细信息与观测内容如表1所示。

表1气候灾害移动监测系统仪器及主要观测内容

仪器名称	仪器型号	主要观测内容
			可移动实验室	Mobile Trailer	长5.8米×宽2.3米×高2.5米，提供仪器、数据采集器的安装工作平台
微脉冲激光雷达	MPL-4	气溶胶消光系数垂直廓线、光学厚度、退偏比、边界层高度、云高度
			多波段太阳光度计	CE-318	340-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率、不对称因子、粗/细模态粒子比，水汽和臭氧浓度柱含量
天空辐射计	POM-01	提供400-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，不对称因子、水汽和臭氧浓度柱含量
			多滤波旋转遮光辐射仪	MFRSR	415-940nm共6个通道的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，卷云的光学厚度、粒径大小、云水含量、水汽含量
全天空成像仪	TSI-880	天空状况图像、总云/低云量、晴空/薄云/厚云百分比、晴空比率、识别沙尘、雨、雪等特殊天气过程
			双轴太阳跟踪器	2AP-GD	适合野外各种天气条件下工作，实时跟踪并指向太阳，跟踪精度＜0.05度，重复性＜0.01度；太阳直接辐射和散射辐射表安装在跟踪器上
短波辐射表	PSP	测量水平方向180度范围内上光谱波段为0.285～2.8μm的太阳短波总辐射或地表反射辐射、散射辐射，宽波段地表反照率
			黑白辐射表	B&W8-48	国际标准一级辐射表，测量水平面上太阳总辐射、散射辐射通量
长波辐射表	PIR	测量水平方向180度范围内上光谱波段为3.5～50μm的大气和地表向上长波辐射通量
			直接辐射表	NIP	测量太阳直接辐射通量，光谱范围为0.2～4μm，安装在太阳跟踪器上
直接辐射计	CHP1	测量光谱范围0.2～4μm的太阳直接辐射通量，安装在太阳跟踪器上
			总紫外辐射表	TUVR	测量光谱范围0.295～0.385μm的太阳总紫外辐射通量
常规气象要素	WXT-520	4米高度的空气温度、相对湿度、大气压强、风向、风速、降雨量和雹
			黑碳仪	AE-31	370-950nm通道共7个波段上黑碳质量浓度，可计算对应波段的光吸收系数；全自动、无需维护校准，样品采集在石英滤膜上
大流量采集器	崂应2031	应用滤膜称重法测量大气中的总悬浮颗粒（TSP）或可吸入颗粒物（PM₁₀）质量浓度，采集流量：1.05m³/min，准确度优于：±2.5%
			安德森采样器	KB-120E	测量粒径0～10μm共9级的粒径分布，9.0～10.0μm,5.8～9.0μm,4.7～5.8μm,3.3～4.7μm,2.1～3.3μm,1.1～2.1μm,0.65～1.1μm,0.43～0.65μm,0～0.43μm

本实施例的工作流程如下：

根据科学研究的实际需要，气候灾害移动监测系统每年都承担一定的野外实验观测任务，将被运输到研究的关键地区开展加强连续监测。每当移动平台实验室被安置到一个新的站点进行科学实验前，必须保证观测站点是平整、周围没有高建筑物阻挡的开阔场地；如果四周有围墙或树木等障碍物，则要求障碍物的高度不能超过移动拖车本身的高度，即2.5米。吊车卸装、放置移动拖车前，先在四个角用结实的砧木垫平稳，要求拖车门朝正南或正北方向（主要是考虑到已设计好安装各类仪器的位置）。拖车放置妥当后，气候灾害移动监测系统系统安装的大致工作流程如下：

（1）首先在拖车的西北角固定、安装一根导电性能良好的铜质避雷针，并与预先埋设好的铜质板连接（铜板均埋在地下，在干旱地区须用盐水浇灌，以保证接地导电良好），动力电电源、各套设备必须接地良好；

（2）从站点附近连接220V交流电到拖车接线口，打开UPS稳压电源开关，先用万用表测量电压是否恒定为220VAC左右，确认供电电压正常（电压过高或偏低均影响仪器的工作运行）；

（3）固定、安装好平台顶部辐射架子及安全防护栏，并安装好底座架子；

（4）将已装箱、打包好的仪器、电脑及备件等拆箱，按照从平台顶部到内部、从北到南方向依次安装、固定仪器设备、数据采集箱、电脑；将各电源线、信号线标记清楚，按顺序依次从顶部仪器通过出、入口连接到内部数据采集箱内；

（5）检查各套设备安装方式、电源/信号线连接、是否有接地线，确认都正确无误后，再次测量UPS输出端的电压是否恒定在220V交流，然后可以接通电源，根据各套仪器的开机顺序依次开机。此时，仪器正常观测工作；

（6）对于部分仪器，比如全天空成像仪、双轴太阳跟踪器、太阳光度计、天空辐射仪和多滤波旋转遮光辐射仪等，需要在晴朗天气条件下检查太阳跟踪的对准情况，如果对准不好，则根据仪器使用说明书不断进行调整（如站点的经度、纬度和准确时间），直至对准太阳为止。对微脉冲激光雷达、地面气溶胶采样仪，须根据实际需要定期进行室内校准、标定，以保证获取高质量的数据资料；

（7）对各套数据采集器、接收数据的电脑、服务器等采集、存储模块，需要一个月左右检查并调整模块内部的时钟，确保时钟精度在5秒以内。仪器运行一定时间后，即可通过访问、查看数据采集器，或将观测资料下载、存储到电脑上，对实时数据进行检查；

（8）在非加强观测时期，移动实验室一般安装放置在兰州大学半干旱气候与环境观测站或兰州城市站，与这两个站点的同类型设备进行平行对比观测，部分传感器被寄到原生产厂家进行校准、标定。

整个气候灾害移动监测系统系统的运行、采集、数据存储均由内部的数据采集器、服务器、电脑等进行控制，仪器运行关键参数的设置、校准等工作也由内部平台控制。

本实施例的气候灾害移动监测系统主要有以下几个优点：

1、整套系统从移动实验室规格的设计、保温材料选择、内部钢架结构的布局到仪器安装、数据采集存储系统、电脑等设备的布置等工作，全部根据标准野外移动观测站的结构紧凑、灵活便捷进行考虑设计的；

2、提出实时、动态地监测沙尘暴和干旱气象灾害的发生、发展及其与演变过程的理念在国内是较新的；

3、整套系统具有可移动性、高度集成、灵活便捷、自动连续监测、合理花费等几大优点；

4、系统不仅拥有比较先进的仪器设备，而且观测团队也完成了一套比较成熟的数据反演算法。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种气候灾害移动监测系统，其特征在于：包括用于提供仪器安装工作平台的可移动拖车实验室，所述可移动拖车实验室设置有内部操作平台和顶部仪器安装平台，所述顶部仪器安装平台设置有微脉冲偏振激光雷达、多波段太阳光度计、天空辐射计、多滤波旋转遮光辐射仪、全天空成像仪、太阳跟踪器、整套地表辐射仪器以及常规气象要素和地面气溶胶理化特性采样仪器，所述整套地表辐射仪器包括用于测量水平方向180度范围内上光谱波段为0.285～2.8μm的太阳短波总辐射或地表反射辐射、散射辐射以及宽波段地表反照率的短波辐射表，用于测量水平面上太阳总辐射、散射辐射通量的黑白辐射表，用于测量水平方向180度范围内上光谱波段为3.5～50μm的大气和地表向上长波辐射通量的长波辐射表，用于测量测量光谱范围0.2～4μm的太阳直接辐射通量的直接辐射表，用于测量光谱范围0.295～0.385μm的太阳总紫外辐射通量的总紫外辐射表。

2.根据权利要求1所述的气候灾害移动监测系统，其特征在于：所述微脉冲偏振激光雷达用于测量气溶胶消光系数垂直廓线、光学厚度、退偏比、边界层高度和云高度。

3.根据权利要求1所述的气候灾害移动监测系统，其特征在于：所述多波段太阳光度计用于测量340-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率、不对称因子、粗/细模态粒子比、水汽和臭氧浓度柱含量。

4.根据权利要求1所述的气候灾害移动监测系统，其特征在于：所述天空辐射计用于提供400-1020nm波段的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，不对称因子、水汽和臭氧浓度柱含量。

5.根据权利要求1所述的气候灾害移动监测系统，其特征在于：所述多滤波旋转遮光辐射仪用于测量415-940nm共6个通道的气溶胶光学厚度、波长指数、尺度谱分布、单次散射反照率，卷云的光学厚度、粒径大小、云水含量和水汽含量。