[发明专利]沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统

权利要求书

1.沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统的构建方法，其特征在于包括如下步骤： (1)沿海和高空多云雾独特环境下多平台气体颗粒物监测仪器大气进样系统和低损失除盐除湿一体化采样系统，包括如下过程：开发适用于高湿度环境条件下气体颗粒物监测仪：干燥进样的进样装置和变径尺寸的导流罩；建立低损失除盐、除湿一体化采样系统；开发适用于高湿度环境条件下气体颗粒物监测仪器干燥进样的进样装置；通过流体动力学仿真计算和风洞试验相结合的方法，设计导流罩变径尺寸，针对扩散损失较大的化学反应活性气体和大气纳米气溶胶颗粒，建立低损失除盐、除湿一体化采样系统；

(2)基于高山站点和地基站点开展近海地区大气边界层污染物浓度和三维气象要素垂直探测，包括： (a2)利用高分辨率在线监测仪器对污染物浓度和三维风向风速进行同步测量； (b2)整理观测获得的三维气象要素，利用涡度相关法计算各污染物的垂直交换通量；(c2)针对特定天气系统开展跨边界层综合探测实验，计算污染物在边界层和自由对流层间的垂直交换通量； (d2)利用激光雷达斜程探测和集成探测技术，克服盲区解决激光雷达在沿海地区边界层高度较高情况下的测量；

(3)大载荷飞艇、无人机和机载大气理化参数集成监测，优化试验平台，包括： (a3)对飞行平台供电系统进行全面改造，依次安装电源逆变器、大功率UPS稳压电源、交流电流快速测量或实时显示装置以及电力过载保护装置； (b3)将监测仪器的供电模块进行集约化设计； (c3)消除近地面监测盲区，确保垂直梯度监测结果的完整性，实现时间、高度、气象参数、污染物的同步采集以及高空采样设备的反馈控制，实时监测数据的动态及历史数据的查询和统计； (d3)对飞机进行采样口采样器安装与机舱布局、载重和减震改造；建立同步搭载常规气象参数、云物理参数、污染气体、颗粒物及其理化性质高分辨监测技术的航测平台；

(4)车船载高精度常规气象参数、云物理参数、污染气体、颗粒物监测，包括：针对扩散损失较大的化学反应活性气体和大气纳米气溶胶颗粒，设计低损失除盐、除湿一体化采样系统，集成对船载不同分辨率观测技术，同步校正及集成分析、在线和离线观测；开发导流罩、扩张管、吸气管速采样技术，发展针对不同航速下的速采样系统；

(5)建立多平台一体化监测指挥与决策平台；

(6)多平台大气监测数据集成分析与处理系统，多平台大气监测数据集成分析与处理系统，具体如下： (a6)建立数据传输和格式转换模块，模块包括数据源采集、多元数据规整、数据存储管理、系统稳定性管理部分； (b6)数据源采集确定不同类型仪器获取数据的信号格式，集成不同的仪器的数据信号源采集到数据系统中； (c6)建立数据实时分析系统，针对各个观测平台建立数据质控和数据融合对数据进行初步处理和整理分析，反馈分析结果至数据分析平台，快速显示数据结果； (d6)在数据集成分析系统的基础上建立与高性能服务器之间的数据传输系统，利用高性能服务器所搭载的数据分析模型对于实时观测数据进行分析，获取重污染过程实时成因，得到沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统。

2.根据权利要求1所述的沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统的构建方法，其特征在于：在步骤(a2)中，基于高山观测站，利用高分辨率在线监测仪器对污染物浓度和三维风向风速进行同步测量，同时监测热力气象因子，大气温度，湍流强度；在步骤(c2)中，在空气质量预报模型和拉格朗日溯源预报模式指导下，针对特定天气系统开展跨边界层综合探测实验，同时测量边界层和自由对流层的污染物浓度，通过对其污染物的化学和物理过程进行闭合和过程分析，计算污染物在边界层和自由对流层间的垂直交换通量。

3.根据权利要求1所述的沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统的构建方法，其特征在于：在步骤(a3)中，对飞行平台供电系统进行全面改造，依次安装电源逆变器、大功率UPS稳压电源、交流电流快速测量或实时显示装置以及电力过载保护装置，从地面到高空的连续供电，为飞机航测实验仪器提供稳定、安全的220V交流电；在步骤(d3)中，对飞机进行采样口采样器安装与机舱布局、载重和减震改造；测试不同类型的高分辨率在线监测仪器在飞机航测中的实际表现，对比同一参数不同仪器在航测平台上的工作性能，集成飞行测试和优化的监测技术，建立同步搭载常规气象参数、云物理参数、污染气体、颗粒物及其理化性质高分辨监测技术的航测平台。

4.根据权利要求1所述的沿海大气复合污染天空地一体化监测预警系统的构建方法，其特征在于：在步骤(5)中，基于欧拉空气质量模型和拉格朗日溯源模型的实时决策显示系统，空气质量模型采用区域大气-动力化学耦合的WRF-Chem模式，反向溯源计算采用反向溯源由中尺度气象模式WRF驱动拉格朗日粒子输送与扩散模式；利用气象预报结果为驱动场，交互显示风、温、湿、压和降水关键气象参数在沿海区域的实时提取和图形界面，提供大尺度环流背景场信息；拉格朗日模拟模型为提供地基超级站平台、飞机、无人机、大载荷系留气艇、高山站、车载移动平台各个观测平台所观测气团的每小时潜在源区的三维分布。