[實用新型]大氣顆粒物干沉降通量高頻雙管動態測量裝置

有效

• 申請號: 202020449435.5
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN211740979U
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 劉冉冉;董亞媛;林遠;于廣友;王自發
• 申請（專利權）人: 中國科學院大氣物理研究所
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04;G01N1/24
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

本實用新型提供一種大氣顆粒物干沉降通量高頻雙管動態測量裝置，裝置包括超聲風速儀、第一顆粒物切割器、第二顆粒物切割器、第一采樣管、第二采樣管、抽氣泵、第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、第五開關、第六開關、第七開關、第八開關、顆粒物在線分析儀器和電控裝置。優點：(1)保證大氣樣品連續采樣，并且被采集樣品進行實時分析。(2)實現顆粒物干沉降通量的快速在線分析，避免離線分析過程中帶來的樣品量少、分析周期長、化學成分可變等系統誤差。(3)雙管測量方法，避免顆粒物樣品在采集過程中可能存在彼此污染的情況，且動態測量的方法最大程度上減少顆粒物在采樣管中的停留時間，減少樣品量的損失，提高測量準確性。

技術領域

本實用新型屬于大氣顆粒物污染成因研究及治理技術領域，具體涉及一種大氣顆粒物干沉降通量高頻雙管動態測量裝置。

背景技術

大氣顆粒物是大氣中各種固態和液態污染物所形成顆粒物的總稱，其分散并懸浮在氣體介質中所形成的氣溶膠分散體系通過多種方式，直接或間接地影響著氣候變化、空氣質量以及人體健康等。由于相對緩慢的沉降速度，相比活性氣體，氣溶膠顆粒物在大氣中往往有著更長的生命周期，對環境和人類有著深遠的影響。而干沉降作為顆粒物從大氣中去除的重要手段之一，精確的測量及分析干沉降通量和速率，不僅有助于研究顆粒物在大氣中的壽命，為顆粒物防治提供重要信息，了解大氣顆粒物污染成因，同時可優化模式計算，提高污染預報準確性，并輔助計算地區環境容量及環境承載力，為國家經濟發展和國民生產生活提供有效的環境建議。

大氣顆粒物干沉降通量的觀測方法主要分為表面分析法和微氣象學方法。表面分析法通常使用采塵桶或代用面收集空氣中自然沉降的顆粒物；根據分析物種的不同，取回樣品后選擇性地進行分離、烘干、稱重及上機分析，最終計算得到目標物種的干沉降通量。該方法操作簡單且成本低廉，因此在很長一段時間被作為測量干沉降通量的主要方法。然而，由于該方法在采集過程中出現的顆粒物損失、化學反應變化以及較長的分析周期，使得最終的計算結果存在較大的誤差。

微氣象學方法包括空氣動力學方法、熱平衡法和渦度協方差法等。其中，由于渦度協方差法(Eddy Covariance,EC)在觀測和求算通量的過程中幾乎沒有假設，其結果更加準確直接。該方法通過測量并計算高頻(5-20Hz)目標物理量和垂直風速的協方差，得到大氣與下墊面間的物質交換通量。然而，目前能夠滿足高頻測量顆粒物的儀器相對少，造價成本高，運營維護難，以及在后期數據處理過程中存在的數據質量控制、數據差補和計算結果訂正等難題。因此，利用渦度協方差法測量大氣顆粒物干沉降通量的方法難以得到廣泛的應用。

弛豫渦度累積法(Relaxed Eddy Accumulation,REA)是渦度協方差法的變體。該法避免了高頻傳感器的使用，而是根據以10Hz運行的超聲風速儀所測得風速和風向，有條件的將樣品采集到不同的采樣膜或采樣管中。當風向為上且風速超過停滯帶寬(deadband)時，樣品被采集到采樣膜或采樣管一中，當風向為下且風速超過停滯帶寬(deadband)時，樣品被采集到采樣膜或采樣管二中。一定時間后，對一組采樣膜或采樣管中的樣品進行分析，計算風速向上和向下時樣品間的濃度差異，并結合垂直風速的標準偏差及實驗系數，最終得到干沉降通量，計算方法如公式(1)所示：

式中：

F為干沉降通量；

δ_w為垂直風速w的標準偏差；

分別為風速向上和風速向下時的樣品濃度的平均值(通常為30min時間內的平均值)；

b為實驗系數，計算方法如公式(2)所示：

式中：

分別為風速向上和風速向下時的溫度的平均值(通常為30min內的平均值)；

為垂直風速和溫度的協方差。