专利名称：大气中污染物垂直多层观测分析系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及大气污染物传输和扩散领域，尤其涉及大气中污染物垂直多层观测分析系统。
背景技术：
大气是人类生存环境的重要组成部分。由于自然、人类活动向大气中排放有毒有害物质，当这些物质超过城市环境自身的净化能力时，则使城市的生态环境受到严重的破坏和污染，在工业社会这是全球性的普遍现象(北京减灾协会.城市可持续发展与灾害防御.北京气象出版社，1998.)。全球已经发生了多次重大的大气污染事件。据统计，已经产生危害或引起人们注意的污染物有100多种，其中影响范围广，对人类环境威胁较大的主要是氮氧化物、硫氧化物、悬浮颗粒物和光化学氧化剂等，对人体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.)。中国作为一个工业化程度还比较低的发展中国家，能源结构比例中煤炭比例高达73%，石油占21%，天然气和水能仅占2%和4%，从而造成中国污染较重，形式严峻。碧水蓝天，空气清新，是每个地球人拥抱大自然的环境追求。治理大气污染首要是减少污染物的排放；其次是认识城市大气污染分布、输送与扩散的规律，并利用这些规律降低大气污染物的浓度从而减少其危害。大气污染物观测是展开大气污染物传输和扩散规律研究的基础。在当前阶段有关污染物时空分布的观测状况分为三个层次⑴大部分常规观测处在地面以上数米的高度上；(2)小部分常规观测借助于高层建筑或者高塔进行观测；(3)非常规观测借助于系留气球或者飞机搭载仪器观测。与此同时，有关大气污染物的化验分析在实验室里存在很高的精度，在野外探测仪器数量少精度差。这样的观测化验分析形式严重地制约着大气中污染物的观测分析，这也制约着大气污染物传输和扩散的科学研究。数值模拟是大气污染输送和扩散研究的重要手段之一。数值模式从六十年代开始，由最简单的单“箱”模式到二维多“箱”模式，逐渐发展到在梯度输送理论基础上发展了的大气扩散模式，到现在中尺度气象模式和大气扩散模式相结合的数值模拟方法开始得到广泛运用(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.)。无论数值模式的发展和验证都需要大气污染物观测的时空分布为基础，尤其是高精度的大气污染物的垂直分布。为此发展观测大气污染物垂直分布的有效方法具有重要意义。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种操作灵活、精度高的大气中污染物垂直多层观测分析系统。为解决上述问题，本实用新型所述的大气中污染物垂直多层观测分析系统，其特征在于该系统包括直升飞机、由数根塑料软管并联在一起的采样管束、置于地面上且连有空气采样袋的自动空气采样机和气相质谱仪；所述直升飞机上设有钢丝绳牵线，该钢丝绳牵线与所述采样管束相连；所述采样管束中数根塑料软管的上端开口呈阶梯式分布在所述钢丝绳牵线上，其下端口一一对应有一台所述自动空气采样机。本实用新型与现有技术相比具有以下优点I、本实用新型是一种外场观测分析方法，属于大气污染物的非常规观测，能有效地观测大气污染物的垂直分布。2、本实用新型借助直升飞机将空气采样管束中各塑料软管的上端口放置到所需的采样高度上，启动采样管束下端口所接连接的空气采样机可以同时采集不同高度的空气样本；最后在实验室中利用气象质谱仪对所采样品进行分析大气污染物的组分和浓度。因此，本实用新型奖外场观测与实验室化验分析相结合，有效提高了观测系统观测精度。3、由于本实用新型中直升飞机操控性好，牵引力大，对下层较低层的大气扰动较小，因此，可提闻米样精确度。4、本实用新型在钢丝绳牵线的牵引作用下，塑料软管可以在垂直方向上平直伸展，这样空气采样的高度可以准确地确定。5、本实用新型与已有的非常规观测技术相比较，通过控制采样时间，可以使得垂直方向上同步采样；实现同一地点多时次采样和短时间内水平空间多点移动采样。6、本实用新型操作灵活，可以通过调整塑料软管的根数和上端开口的高度来实现快速调整采样层数和高度，快速实现加密观测。7、本实用新型移动性强、造价成本低、多点同时进行彼此之间相隔几百米都不会相互影响，可以容易地构建高时空密度观测网进行观测。以下结合附图
对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明。图I为本实用新型的结构示意图。图中1 一塑料软管 2—钢丝绳牵线 3—采样管束 4一直升飞机5—自动空气采样机 6—空气采样袋。
具体实施方式
如图I所示，大气中污染物垂直多层观测分析系统，该系统包括直升飞机4、由数根塑料软管I并联在一起的采样管束3、置于地面上且连有空气采样袋6的自动空气采样机 5和气相质谱仪。直升飞机4上设有钢丝绳牵线2，该钢丝绳牵线2与采样管束3相连；采样管束3中数根塑料软管I的上端开口呈阶梯式分布在钢丝绳牵线2上，其下端口一一对应有一台自动空气采样机5。所采空气样品储存于空气采样袋6中，并用气相质谱仪对所采空气样品进行化验分析。使用时，根据空间多层采样的高度确定I，将多根轻质塑料软管I固定在一根钢丝绳牵线2上制成采样管束3，采样管束3的每根塑料软管I根据其规定长度，其上端开口将对应各垂直层高度，其中，h,从低到高依次表示不同垂直高度层，下标2，3，……，η, η为采样总层数；在采样管束3的地面端，每根塑料软管I分别连接一台自动空气采样机5，
米样机编号为Ci，下标i=l, 2，3，......, η,与垂直高度层对应；利用直升飞机4作为牵
引设备，将固定有采样管束3的钢丝绳牵线2挂载到直升飞机4上，直升飞机4距离地面高度为//，为保证直升飞机4在空中不对其下层大气造成影响，H夂予hn ;在一次采样过程中，直升飞机4始终保持固定高度仏以确保各采样层Ai的高度恒定；开启自动空气采样机5，依据采样高度和采样气流速度设置各台采样机5采样时间，确保垂直方向采样同步，SP在同一时刻采集不同高度上《个采样点的空气样品；采样完毕后，及时对空气采样袋6进行采集高度和采集时间标号；每次采集完成后，在采样管束3的地面端用纯度为99. 9%的氮气对每根塑料软管I进行清洗，以备下次采集应用；将空气采样袋6送实验室，利用气相质谱仪对所采集空气样本中所含污染物组分和浓度进行化验分析，即可得到大气污染物的组分和浓度，同时也得到了大气污染物的垂直分布。
权利要求1.大气中污染物垂直多层观测分析系统，其特征在于该系统包括直升飞机(4)、由数根塑料软管(I)并联在一起的采样管束(3 )、置于地面上且连有空气采样袋(6 )的自动空气采样机(5)和气相质谱仪 ；所述直升飞机(4)上设有钢丝绳牵线(2)，该钢丝绳牵线(2)与所述采样管束(3 )相连；所述采样管束(3 )中数根塑料软管(I)的上端开口呈阶梯式分布在所述钢丝绳牵线(2 )上，其下端口——对应有一台所述自动空气采样机(5 )。
专利摘要本实用新型涉及一种大气中污染物垂直多层观测分析系统，该系统包括直升飞机、由数根塑料软管并联在一起的采样管束、置于地面上且连有空气采样袋的自动空气采样机和气相质谱仪。所述直升飞机上设有钢丝绳牵线，该钢丝绳牵线与所述采样管束相连；所述采样管束中数根塑料软管的上端开口呈阶梯式分布在所述钢丝绳牵线上，其下端口一一对应有一台所述自动空气采样机。本实用新型是一种外场观测分析方法，属于大气污染物的非常规观测，操作灵活、精度高，能有效地观测大气污染物的垂直分布。
文档编号G01N1/22GK202693520SQ201220365520
公开日2013年1月23日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者左洪超, 陈伯龙, 任鹏程, 董龙翔, 董文成 申请人:兰州大学