[發明專利]沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統

有效

• 申請號: 201910299494.0
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN109975492B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 周德榮;丁愛軍;黃昕
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 江蘇銀創律師事務所 32242
• 代理人: 何紅梅

1.沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統的構建方法，其特征在于包括如下步驟： (1)沿海和高空多云霧獨特環境下多平臺氣體顆粒物監測儀器大氣進樣系統和低損失除鹽除濕一體化采樣系統，包括如下過程：開發適用于高濕度環境條件下氣體顆粒物監測儀：干燥進樣的進樣裝置和變徑尺寸的導流罩；建立低損失除鹽、除濕一體化采樣系統；開發適用于高濕度環境條件下氣體顆粒物監測儀器干燥進樣的進樣裝置；通過流體動力學仿真計算和風洞試驗相結合的方法，設計導流罩變徑尺寸，針對擴散損失較大的化學反應活性氣體和大氣納米氣溶膠顆粒，建立低損失除鹽、除濕一體化采樣系統；

(2)基于高山站點和地基站點開展近海地區大氣邊界層污染物濃度和三維氣象要素垂直探測，包括： (a2)利用高分辨率在線監測儀器對污染物濃度和三維風向風速進行同步測量； (b2)整理觀測獲得的三維氣象要素，利用渦度相關法計算各污染物的垂直交換通量；(c2)針對特定天氣系統開展跨邊界層綜合探測實驗，計算污染物在邊界層和自由對流層間的垂直交換通量； (d2)利用激光雷達斜程探測和集成探測技術，克服盲區解決激光雷達在沿海地區邊界層高度較高情況下的測量；

(3)大載荷飛艇、無人機和機載大氣理化參數集成監測，優化試驗平臺，包括： (a3)對飛行平臺供電系統進行全面改造，依次安裝電源逆變器、大功率UPS穩壓電源、交流電流快速測量或實時顯示裝置以及電力過載保護裝置； (b3)將監測儀器的供電模塊進行集約化設計； (c3)消除近地面監測盲區，確保垂直梯度監測結果的完整性，實現時間、高度、氣象參數、污染物的同步采集以及高空采樣設備的反饋控制，實時監測數據的動態及歷史數據的查詢和統計； (d3)對飛機進行采樣口采樣器安裝與機艙布局、載重和減震改造；建立同步搭載常規氣象參數、云物理參數、污染氣體、顆粒物及其理化性質高分辨監測技術的航測平臺；

(4)車船載高精度常規氣象參數、云物理參數、污染氣體、顆粒物監測，包括：針對擴散損失較大的化學反應活性氣體和大氣納米氣溶膠顆粒，設計低損失除鹽、除濕一體化采樣系統，集成對船載不同分辨率觀測技術，同步校正及集成分析、在線和離線觀測；開發導流罩、擴張管、吸氣管速采樣技術，發展針對不同航速下的速采樣系統；

(5)建立多平臺一體化監測指揮與決策平臺；

(6)多平臺大氣監測數據集成分析與處理系統，多平臺大氣監測數據集成分析與處理系統，具體如下： (a6)建立數據傳輸和格式轉換模塊，模塊包括數據源采集、多元數據規整、數據存儲管理、系統穩定性管理部分； (b6)數據源采集確定不同類型儀器獲取數據的信號格式，集成不同的儀器的數據信號源采集到數據系統中； (c6)建立數據實時分析系統，針對各個觀測平臺建立數據質控和數據融合對數據進行初步處理和整理分析，反饋分析結果至數據分析平臺，快速顯示數據結果； (d6)在數據集成分析系統的基礎上建立與高性能服務器之間的數據傳輸系統，利用高性能服務器所搭載的數據分析模型對于實時觀測數據進行分析，獲取重污染過程實時成因，得到沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統。

2.根據權利要求1所述的沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統的構建方法，其特征在于：在步驟(a2)中，基于高山觀測站，利用高分辨率在線監測儀器對污染物濃度和三維風向風速進行同步測量，同時監測熱力氣象因子，大氣溫度，湍流強度；在步驟(c2)中，在空氣質量預報模型和拉格朗日溯源預報模式指導下，針對特定天氣系統開展跨邊界層綜合探測實驗，同時測量邊界層和自由對流層的污染物濃度，通過對其污染物的化學和物理過程進行閉合和過程分析，計算污染物在邊界層和自由對流層間的垂直交換通量。

3.根據權利要求1所述的沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統的構建方法，其特征在于：在步驟(a3)中，對飛行平臺供電系統進行全面改造，依次安裝電源逆變器、大功率UPS穩壓電源、交流電流快速測量或實時顯示裝置以及電力過載保護裝置，從地面到高空的連續供電，為飛機航測實驗儀器提供穩定、安全的220V交流電；在步驟(d3)中，對飛機進行采樣口采樣器安裝與機艙布局、載重和減震改造；測試不同類型的高分辨率在線監測儀器在飛機航測中的實際表現，對比同一參數不同儀器在航測平臺上的工作性能，集成飛行測試和優化的監測技術，建立同步搭載常規氣象參數、云物理參數、污染氣體、顆粒物及其理化性質高分辨監測技術的航測平臺。

4.根據權利要求1所述的沿海大氣復合污染天空地一體化監測預警系統的構建方法，其特征在于：在步驟(5)中，基于歐拉空氣質量模型和拉格朗日溯源模型的實時決策顯示系統，空氣質量模型采用區域大氣-動力化學耦合的WRF-Chem模式，反向溯源計算采用反向溯源由中尺度氣象模式WRF驅動拉格朗日粒子輸送與擴散模式；利用氣象預報結果為驅動場，交互顯示風、溫、濕、壓和降水關鍵氣象參數在沿海區域的實時提取和圖形界面，提供大尺度環流背景場信息；拉格朗日模擬模型為提供地基超級站平臺、飛機、無人機、大載荷系留氣艇、高山站、車載移動平臺各個觀測平臺所觀測氣團的每小時潛在源區的三維分布。