[发明专利]基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统

说明书

本发明公开了一种基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统，包括如下步骤：(1)区域空气质量预报模型提供垂直气象及污染分布特征，为飞艇探空方案制定及所观测组分仪器选择提供参考；(2)探空飞艇多任务挂架切换、挂架平台和仪器设备供电系统一体化；(3)常规监测仪器设备组装改进大幅减重；(4)颗粒物前体物、气溶胶化学成分、臭氧以及其前体物氮氧化物垂直强化观测；(5)气溶胶粒径分布以及气态硫酸和高氧化态有机物垂直分布观测；(6)高空数据采集传输、地面数据接收和分析模块集成。本发明能够强化观测大气光化学过程产物关键组分及粒径谱，能够高时空分辨率观测边界层特定高度污染物及其二次组分生成转化过程。

技术领域

本发明涉及大气环境监测技术领域，具体涉及一种基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统。

背景技术

大气污染的垂直结构是用于理解重污染发生、发展过程的重要信息，而目前我国大气污染垂直探测技术基础相对薄弱，尤其缺少高空气态硫酸、高氧化态有机物及颗粒物粒径谱的垂直观测，已成为制约大气复合污染成因和对流层大气污染物区域输送研究的瓶颈。因此，发展基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统，对于当前大气污染的综合治理具有重要的支撑作用。

传统的边界层大气污染物观测手段有铁塔、地基激光雷达、系留气球、飞机航测、卫星遥感。铁塔观测高度固定，只能在特定高度架设仪器观测，垂直分辨率低；地基激光雷达能够观测至数千公里，但近地面存在盲区，且观测数据种类较少；系留气球体积较小，只能搭载几公斤的便携式观测仪器；飞机航测花费较高，空域管制难以申请导致航线固定且难以在低空盘旋观测，仪器预热时间不充分；卫星遥感覆盖面积大，但是容易受到云层影响，且对于边界层污染的观测反演不确定性较大。

目前，鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统，用于解决现有技术中大气垂直污染特殊组分和粒径谱观测缺失的问题，且提供了一种新的观测组合手段揭示地区大气重污染过程的大气边界层理化结构。

目前，缺乏一种应用于边界层污染物高分辨率垂直观测的大气边界层污染物组分垂直观测系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于边界层污染物高分辨率垂直观测的基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统。

本发明的目的是通过下列技术方案实现的：本发明的一种基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统，包括如下步骤：

(1)区域空气质量预报模型提供垂直气象及污染分布特征，为飞艇探空方案制定及所观测组分仪器选择提供参考；

(2)探空飞艇多任务挂架切换、挂架平台和仪器设备供电系统一体化；

(3)常规监测仪器设备组装改进大幅减重，利用小型化仪器集成替代部分常规监测因子；

(4)颗粒物前体物、气溶胶化学成分、臭氧以及其前体物氮氧化物、挥发性有机物成分垂直强化观测；

(5)气溶胶粒径分布以及气态硫酸和高氧化态有机物垂直分布观测；

(6)高空数据采集传输、地面数据接收和分析模块集成，得到基于飞艇的大气边界层污染物组分垂直观测系统。

进一步地，在步骤(1)中，区域空气质量预报模型提供垂直气象及污染分布特征，为飞艇探空方案制定及所观测组分仪器选择提供参考，包括如下步骤：

(a1)搭建基于大气动力化学耦合模式的空气质量预报模式；

(b1)气象场输入资料的模拟采用中尺度气象预报模式实现，利用同化技术提高气象要素的预报效果；

(c1)利用统计数据、污染源普查、实验调研和卫星产品多套资料采用自下而上的方法建立适用于环境气象数值模式的中国多尺度污染源排放清单，为空气质量模型提供污染源排放数据的输入；