[發明專利]森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201510048030.4
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104677790A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 余新曉;陳俊剛;孫豐賓;倫小秀;賈國棟;劉旭輝;莫莉;陳靜
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

1.一種森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，所述方系統包括：

觀測塔，所述觀察塔設置在所述森林內，并且所述觀察塔的高度高于所述森林內植被的冠層高度；

垂直梯度上安裝在所述觀察塔上的兩個個大氣顆粒物采樣器，以及與各個所述大氣顆粒物采樣器等高的兩個氣象儀。

2.根據權利要求1所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，所述系統還包括設置在所述觀察塔上的在垂直梯度上位于所述兩個氣象儀之間的第三氣象儀。

3.根據權利要求1或2所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，第一所述大氣顆粒物采樣器安裝在所述觀察塔的高于所述森林內植被冠層第一預設距離的位置，第二所述大氣顆粒物采樣器安裝在所述觀察塔的高于地面第二預設距離的位置。

4.根據權利要求2所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，所述第三氣象儀設置在所述觀察塔的與所述森林內植被冠層等高的位置。

5.根據權利要求3所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，相鄰所述大氣顆粒物采樣器之間的距離大于3米，所述第一預設距離大于5米，所述第二預設距離大于1.5米。

6.根據權利要求1所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，所述氣象儀包括風速傳感器和風向傳感器。

7.根據權利要求1所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統，其特征在于，所述系統還包括分別與每個所述氣象儀相鄰設置的溫度傳感器和濕度傳感器。

8.一種根據權利要求1-7任一項所述的森林內大氣顆粒物的干沉降通量檢測系統進行檢測的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、使用上述大氣顆粒物采樣器采集日不同時段的大氣顆粒物的平均濃度；

S2、將所述大氣顆粒物采樣器的采樣濾膜放入恒溫恒濕箱內平衡預設的時間；

S3、將所述采樣濾膜進行稱重；

S4、根據所述采樣濾膜的重量測定所述每個大氣顆粒物采樣器上采集的顆粒物的濃度；

S5、采集每個氣象儀上記錄的數據，生成多層風速數據；

S6、根據所述顆粒物的濃度和所述多層風速數據，使用預設的干沉降模型公式，計算所述大氣顆粒物的干沉降通量。

9.根據權利要求8所述的檢測的方法，其特征在于，所述步驟S1具體包括：

采用間斷采樣的方式采集日不同時段的大氣顆粒物的平均濃度。

10.根據權利要求8或9所述的檢測的方法，其特征在于，所述步驟S5具體包括：

所述干沉降模型公式為：

F＝-u^*c^*

其中，u*為摩擦速率，c*是渦流濃度，

c*的計算公式為：

c*=kΔcln(Z2-dZ1-d)-ψh(Z2-dL)+ψh(Z1-dL)]]>

Δc＝c(Z₃)-c(Z₁)

其中，L為莫奧長度，是按照帕斯奎爾穩定性分類將當地的氣象數據分成穩定的等級，K為卡曼常數，Z₁、Z₂、Z₃為所述氣象儀的高度，Δc是高度Z₁與Z₃的大氣顆粒物的濃度差，ψ_h是綜合穩定校正函數，d為粗糙度長度；

所述u*的計算公式為：

U(z)=u*klnZ-dZ0]]>

其中U(z)為高度z上的平均風速，Z₀為零平面位移，

所述d的計算過程為：

根據所述多層風速數據，使用牛頓迭代法，設定d的初始值，反復迭代計算d的值，其中，所述牛頓迭代法的計算公式為：

f(d)=U(z1)-U(z2)U(z1)-U(z3)=In(Z1-d)-In(Z2-d)In(Z1-d)-In(Z3-d)]]>

g(d)=d-f(d)f′(d),]]>

通過上述迭代公式進行計算，當g(d)-d的值小于預設閾值時，則將g(d)的值作為d的值；

所述L的計算公式為：

當L<0，在不穩定天氣條件下：

ψh=2ln[(1+X)2]+ln[(1+X2)2]-2tan-1(X)+0.5]]>

其中，X為無量綱量，并且所述X的計算公式為：

X=(1-28zL)0.25]]>

當L>0，穩定條件下：

ψh=-17[1-exp(-0.29(z-d)L)].]]>