低空温度遥测仪简介

在大气扩散研究中,为了解边界层中温度和风等要素的分布情况,可采用直接探测或间接探测(遥感)两种方法。直接探测法其仪器结构较简单,精度较高,是当前国内研究的主要探测手段。其中系留气球携带仪器的探测方法,简便易行,高度可达五百米以上,应用很普遍。1976年前,国内几个有关单     

系留气球垂直观测平台的构建与应用

利用1 600 m~3车载系留气球,构建大气复合型污染垂直观测平台。利用该平台对近地大气边界层的多种气象要素、多种污染物浓度水平及其物理化学特性进行高分辨的垂直测量,用以研究大气边界层的形成和演变及大气污染物垂直分布和变化特征、大气光化学过程的垂直变化以及污染物的区域输送。该平台以0.5 m/s的速度进行升降,于2013年12月在上海成功应用于大气污染垂直观测,观测中共获取大气污染物有效廓线50余组。利用观测数据,初步探索上海近地层复合型大气污染的生消机制及大气污染物垂直分布特征,为上海市空气污染预警和防控对策机制的制定提供技术支撑。     

系留气球备件需求确定方法研究

目的确保系留气球保障性,提高其使用效率。方法针对系留气球的特点,研究运用保障性分析法和相似产品法预测备件品种,采用相似经验法、按比例供应法和模型计算法确定备件需求量,得出一套预测系留气球备件品种和数量的程序和方法,并给出计算实例。结果系留气球备件的配置应首先确定备件的品种,在此基础上确定备件需求量,并配置在相应的维修级别。结论该系留气球备件的预测程序和方法适用于工程实际,可以应用于系留气球的保障性分析。     

降水自动垂直采样系统

降水自动垂直采样系统中国环境科学研究院大气所刘红杰等人设计和开发了一套适用于酸雨化学成分观测的自动降水垂直采样系统。系统组成如图１所示。该采样系统由４部分组成。包括系留气艇，系绳，采样器和绞盘。采样器用系留气艇（６～１０ｍ３）提升到所需高度，一般在１...     

沈阳近地面层温度场的结构及对大气污染的影响

<正> 一引言行星边界层中温度的垂直分布,特别是逆温层的高度和强度,在确定空气中污染物的扩散和稀释上起主导作用。众所周知,从污染源排出的污染物对大气的污染程度取决于大气的扩散能力,而影响大气扩散的主要因子是湍流。湍流的结构是受大气的温度层结所制约,通常又把温度的垂直分布即大气稳定度作为衡量污染物质在大气中扩散好     

使用与维修工作分析在系留气球研制中的应用

目的确保系留气球在使用与维修过程中能提供与其相匹配的保障资源。方法根据使用与维修工作分析的特点,分别采用确定保障工作项目、细化保障工作、确定保障资源、汇总资源的步骤进行分析,最后进行综合分析确定系留气球所需的保障资源。结果通过该方法在实际研制型号中的运用,给出了系留气球使用与维修工作分析的流程、数据记录、以及保障资源汇总的具体要求和方法。结论使用与维修工作分析可解决系留气球所需保障资源配置的合理性与科学性,适用于工程实际。     

系留气球整流罩散热数值仿真

目的解决系留气球整流罩散热设计问题。方法通过建立三维几何和离散模型,利用FLUENT开展热-流数值仿真计算,结合编制UDF同时实现整流罩外部对流、外部太阳辐射和内部对流、内部红外辐射和内部热源的实时耦合计算(双向耦合)。筛选环境最严酷状态(风速、温度和太阳辐射),对系留气球整流罩在3000 m和6000 m高度的散热性能进行分析。结果按最严酷状态进行分析后,在3000 m和6000 m工作高度,必须引入外界空气向整流罩内强制通风对流,才能保证任务设备工作环境要求。升空后,由于环境温度下降,整流罩散热增加,任务设备(雷达)散热所需引入外界通风量减少。3000 m^-3 m/s工况下,在整流罩进气口质量流量为1.0 kg/s时,整流罩内部维持在39~40℃;6000 m^-3 m/s工况下,在整流罩进气口质量流量为0.5 kg/s时,整流罩内部维持在25.5~26℃。整流罩上强制通风进气口应布设在任务设备发热部件下方,同时在整流罩上部和后部开设专用排气口,保证整流罩内部空气流通。结论双向耦合计算方法可快速获取系留气球整流罩在各状态条件下的散热详情,为整流罩散热设计及内部任务设备的热设计提供详实设计依据,相比工程估算和单向耦合更加贴近实际状态,计算精度更高。双向耦合计算方法和仿真数据可为同类型系留气球整流罩散热设计提供参考。     

论球库对系留气球必要性

通过分析气象环境中大风、冰雪、雷电对系留气球的影响,得出了恶劣的气象环境下,系留气球使用可用度下降,球体寿命变短,氦气透氦率增加。在综合国内外气球生产厂房的基础上,得出球库建造的可行性,还分析了建造球库的经济性,认为建造球库是完全可行的,经济上也完全是可以承受的。建设球库,能使系留气球有效规避恶劣天气,提高系留气球的可用度和寿命,保护设备和工作人员的安全。     

京津冀区域重污染期间PM2.5垂直分布及输送

2016年12月17～19日重污染期间,在天津市武清区高村开展车载系留气球颗粒物浓度垂直观测,并以观测数据为基础,计算了区域内PM_(2.5)传输通量.结果表明重污染过程期间,大气混合层较低,约200 m左右,PM_(2.5)浓度垂直分布特征与混合层高度密切相关,混合层以下,PM_(2.5)浓度较高,垂直变化特征不显著,形成明显的污染层,混合层以上,PM_(2.5)浓度迅速降低并维持在降低水平.观测期间,粒径小于1. 0μm颗粒物浓度较高,粒径大于2. 2μm颗粒物浓度较低,近地层粒径为0. 777μm颗粒物浓度最高.颗粒物浓度粒径谱分布与相对湿度和混合层高度相关,高湿度和低混合层下颗粒物浓度粒径谱分布较宽泛.观测期间,PM_(2.5)在西南方向上的传输通量最高,占总传输通量的63. 3%,其中46～156 m和156～296 m高度之间PM_(2.5)传输通量最高.近地面300 m内PM_(2.5)传输主要以西南方向传输为主,300 m以上传输方向较分散.     

海洋环境下舰载系留气球缆绳与球体的动态仿真分析

目的研究舰载系留气球在海洋环境下对系留缆绳以及球体姿态的影响。方法采用ADAMS二次开发宏命令来建立离散化系留缆绳模型,并将离散化系留缆绳几何模型在相邻微段圆柱间添加Bushing轴套力,设置相关刚性系数和阻尼系数获得完整特效的缆绳模型。同时根据船用起重机的相关设计规范,考虑船体横摇5°和纵摇2°等运动影响,分析船体运动情况可知,纵摇时系留缆绳下端系固点位置较之横摇波动幅度更大,对缆绳的影响更大,因此主要研究船体纵摇2°情况下对于系留缆绳的影响,并分析对比船体静止以及船体纵摇2°情况下对于舰载系留气球系留缆绳以及球体姿态的影响。结果获得了在船体静止状态以及纵摇激励影响下舰载系留气球系留缆绳张力变化曲线以及球体姿态变化曲线。船体纵摇2°情况时,系留缆绳在仿真开始阶段承受冲击载荷较大,峰值达到150 kN,随后缆绳载荷基本在25 k N上下浮动。张力变化曲线整体呈现周期变化,周期与船体纵摇周期一致,为10 s。球体横滚角和航向角变化与船体静止状下仿真结果基本一致,球体俯仰角变化幅度较大。结论船体纵摇时会对系留缆绳带来较大的冲击载荷,同时对球体的俯仰姿态产生影响。该仿真结果对舰载系留气球的可行性分析和适装性研究以及系留缆绳的选用具有较大的指导意义。     

北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响

目的分析北京地区大气温湿廓线对气溶胶垂直分布的影响。方法利用北京地区2017年9月至2018年8月每日两次(08时和20时)的气象探空、地面PM_(2.5)浓度和气溶胶激光雷达消光系数资料,分析不同污染条件下大气温湿廓线与气溶胶消光系数廓线的关系。结果地面PM_(2.5)浓度和210m气溶胶消光系数的相关系数达到0.77。春季、秋季和冬季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的5倍,夏季污染条件下的近地面消光系数约是清洁条件下的3倍。相比清洁条件下,污染条件下各季节的大气温度垂直递减率偏小,并且低层大气相对湿度偏大。结论大气温度廓线代表大气层结稳定性,影响气溶胶的扩散高度,而相对湿度廓线与气溶胶吸湿增长密切相关,两者对气溶胶消光系数的垂直分布都有重要影响。     

系留气球囊体材料快速老化试验研究

目的估算某系留气球在某地区的使用寿命。方法分析环境因素对系留气球的影响,确定采用太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,时间为3000 h。采用等时间间隔法对试验件进行测试,间隔时间为375 h,测试9次,每组试验件为5件,试验数据采用5个试验件的平均值。对老化前后囊体材料的表面状况、拉伸强度、拉伸强度变化率及断裂伸长率进行分析。结果试验之后,囊体材料表面发黄,有粉末状的颗粒,拉伸强度为395.2N/cm,下降了56.01%,断裂伸长率在3.9%～7.7%间波动变化。将实验室老化辐射量等同于室外紫外辐射量,根据室外紫外辐射量约占室外自然老化太阳辐射总量8%及某地区全年太阳辐射总量,估算囊体材料的实验室老化相当于室外自然老化的年限,结合囊体材料设计限制条件,评估出了系留气球的使用寿命。结论通过太阳辐射快速老化的方法对囊体材料开展老化试验研究,可估算出某系留气球在某地区的使用寿命。     

基于多旋翼无人机平台的大气PM2.5垂直结构观测技术

目的设计可用于大气边界层范围的大气污染观测平台。方法使用多旋翼无人机作为载体,集成多种大气污染物和气象要素的便携式检测设备,组建无人机观测平台。通过地面比对实验,保障所搭载的设备数据可靠,通过与大载荷系留气艇平台的垂直比对实验验证平台集成后的数据可靠性。结果对于重点观测指标PM_(2.5)而言,无人机和系留气艇所获取的垂直廓线表现出良好的一致性,各个航次的R2最低值为0.762,多数航次的组内相关系数为0.94以上。在2017年12月18日的案例中,无人机的观测数据表明,早上的大气垂直结构呈现了明显分层,0～200 m高度较为稳定的大气层结阻碍了污染物向上扩散,导致了近地面PM_(2.5)80μg/m~3的较高浓度,而下午的观测数据有助于解释污染消散。结论文中搭建的多旋翼无人机平台可以用于0～1000 m范围内的边界层观测,尽管个别航次数据和系留气艇平台仍存在差异,但现有观测结果已表明,该平台有助于研究人员了解污染事件的发生和消散,可以进一步推广应用。     

石家庄市颗粒物质量浓度及粒度随高度变化规律

随着经济快速发展,城市高层建筑日益增多,人们活动空间增至到距离地面40m～100m高处,因此大气垂直空间的颗粒物污染状况日益受到人们的关注.就此,进行了可吸入颗粒物质量浓度、粒度的垂直分布研究,得到了可吸入颗粒物在垂直空间中的分布规律,建立了PM10随高度分布的回归方程,并对不同高度的浮尘样品进行粒度分布研究,进一步验证了PM10随高度增加细粒子含量增加的垂直分布规律.     

大气气溶胶多层结构的激光雷达探测

目的探测大气气溶胶的垂直分布,表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。方法使用金华站点激光雷达观测数据进行个例分析,用梯度法对边界层进行反演,利用退偏振比、颜色比和光学厚度对大气中不同高度的气溶胶层进行分析。结果大气垂直结构会出现多层不同性质的气溶胶层,激光雷达可以准确地探测气溶胶随时间变化的垂直结构特征。选取0点至8点进行分析表明,在1.5km高度上下出现两层气溶胶层,上下两层气溶胶层呈现出不同的性质,且其性质会随时间变化而改变。结论大气边界层以外气溶胶分布较为复杂,利用激光雷达探测的气溶胶消光系数、退偏振比、颜色比和光学厚度等参数能够较好地表征气溶胶的垂直结构和各层气溶胶的性质。     

武清地区冬季一次重污染过程垂直分布特征

为研究京津冀地区重污染过程大气污染物的垂直分布特征,于2016年12月13日重污染前（11:49-12:18）和12月18日重污染期间（11:00-11:16）在北京市、天津市、河北省交界处的武清地区利用系留气球开展1 000 m以下的大气观测,探究污染物的垂直分布特征及对流边界层、覆盖逆温层和混合层等要素对重污染形成的影响.结果表明:①在重污染前,大气层结不稳定,ρ（PM_2.5）、ρ（NO_x）与ρ（O₃）随高度变化不明显,存在明显的垂直对流运动,有利于大气污染物的扩散;PM_2.5/PM₁₀[ρ（PM_2.5）/ρ（PM₁₀）]在800 m以下为0.60~0.80,在800~1 000 m以上大于0.90.②重污染期间,近地面大气层分为对流边界层（距地面0~150 m）、覆盖逆温层（150~370 m）、混合层（370~500 m）和自由大气（500 m以上）4个层次.③NO_x主要在对流边界层内聚积;高空O₃在向近地面扩散时受强混合层阻挡,在混合层出现一个小峰值;PM_2.5不仅在近地面聚积,而且在覆盖逆温层内聚积,ρ（PM_2.5）在覆盖逆温层内呈双峰（峰值分别出现在150和370 m）分布,其粒径集中在0.5~1.0 μm,属于积聚态气溶胶.研究显示,在不利扩散条件下,汽车排放、村镇居民供暖排放的污染物聚积及二次颗粒物的生成是重污染形成的重要因素.      

珠三角干季边界层垂直温度结构对空气质量的影响

文章通过利用2013年12月和2014年10月在珠三角开展大气边界层观测试验得到的垂直温度探空资料和逐日空气质量资料,从逆温层和低空稳定能量等角度研究了珠三角干季边界层垂直温度结构对空气质量的影响。结果表明:珠三角处于冷空气前影响时,较弱的气团活动有利于低空逆温层的持续存在和贴地逆温的发展,珠三角污染日逆温层高度主要分布在0～1 000 m之间。其中贴地逆温出现频率约为35%,低空逆温层尤其是夜间频繁出现的贴地逆温使得污染物累计在近地面气层内,对珠三角空气质量有重要影响。低空稳定能量(E_w)能够较好地反映珠三角大气垂直扩散能力,珠三角AQI与500～800 m处气层稳定能量相关性较好,说明500～800 m气层是影响珠三角空气质量的关键气层,当珠三角该层稳定能量15 J/cm~2时,大气垂直扩散能力较弱,珠三角空气质量恶化的可能性较高。     

静风条件下的大气扩散

1980年1月和6月在位于黄河河谷内的兰州市上空200m高度释放了大量平衡气球。平衡气球用氢和二氧化碳混合气体充灌于测风气球内制成,用双经纬仪跟踪气球。对符合下列条件的平衡气球资料进行了分析:沿轨迹的平均风速小于1m/s,定位误差小,气球不通过风的垂直切变层。 平衡气球的轨迹说明,静风条件下仍然存在明显的平均运动,特征是路径曲折,低频摆动大。混合层内的垂直速度脉动在 0 46—0.63m/s之间,垂直运动范围与混合层深度相接近,通常在500m左右。静风条件下的和约为Briggs城市地区扩散参数的三倍。中性条件下扩散接近于各向同性,稳定条件下大于和与下风距离同一量级,由于静风条件下平均运动的存在和不可忽略,建议用移动烟团积分扩散模式计算污染物浓度。用试验数据计算了移动烟团积分模式与静止烟团积分模式、高斯烟羽模式的浓度分布,并进行了比较。     

气象激光雷达的城市边界层探测

为了研究城市边界层结构变化特征,2005年7月利用气象激光雷达在南京城区做了城市边界层探测试验,就此次观测试验作了简要叙述并选取部分观测资料为示例,着重对气象激光雷达确定城市边界层高度垂直分布及逐时变化以及地面气象环境对边界层的日变化影响进行了初步分析.结果表明,主要由近地层对流混合形成的城市边界层高度具有典型的日变化特点,早晚比较低,日间有一个从低到高再到低的变化过程.提出了一种由边界层混合状态确定边界层高度的方法.分析结果表明,由气溶胶消光系数确定城市边界层高度比较准确.将MSL探测结果与同步的低空无线电探测仪的温度探测结果进行比较,结果表明,两者获得的实际廓线分布相当吻合,线性良好.就地表温度、辐射、湿度及云等气象要素对边界层垂直分布及时间变化的影响做了分析.结果表明,这些气象要素的分布对城市边界层高度的垂直分布及其逐时变化有明显影响.     

天津冬季一次污染过程中NOx和O3的立体分布特征

由于大气是一个复杂介质,低层大气中湍流的存在使物质和能量的交换很剧烈,污染物的扩散传输现象明显.对不同高度不同区域的低层大气做立体观测,获取气态污染物浓度分布最直接的资料很有必要.综合利用地面观测站点、系留气球和飞机平台,于2016年11月25—26日在天津武清高村一次污染天气条件下对NO_x和O₃进行立体观测,得到了污染物的地面、垂直和低空区域分布特征,并结合气象因子进行分析研究.观测结果表明,地面$\varphi $（NO_x）水平较高,日均值为230×10-9,超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准的限值,反映了高村冬季较高的污染水平,主要受当地交通源排放的影响.$\varphi $（NO_x）随高度的上升呈下降趋势,受风速的影响明显,主要积聚在逆温层以下.低空$\varphi $（NO_x）市区高于郊区,而处于更远郊区的高村$\varphi $（NO_x）与市区相当,也反映了高村本地较高的NO_x污染.高村地面$\varphi $（O₃）低,日最大8 h平均值为8×10-9,反映了冬季低温辐射弱、光化学反应强度低的特点.随高度增加$\varphi $（O₃）呈上升趋势,垂直分布特征主要与温度层结有关.低空$\varphi $（O₃）呈郊区高于市区,高村（远郊区）高于近郊区的特征.研究显示,$\varphi $（NO_x）的升高导致$\varphi $（O₃）下降,这可能与高村冬季的$\varphi $（VOCs）/$\varphi $（NO_x）偏低有关,需要结合VOCs观测数据做进一步分析.