随着气候的发展变化,沙尘暴对环境产生的负面影响已经严重危及到人类的生存环境。因此,对沙尘暴的监测、预警在气象观测活动中已经变得非常重要。

沙尘暴监测站主要是通过对风、沙、温度这几个形成沙尘暴的主要气象要素进行监测,从而实现对沙尘暴的控制。对沙的测量主要依靠风蚀传感器H14-LIN,风蚀传感器用来测量砂的动量通量,两个输出量是动能和撞击的颗粒数。原理是电荷量和粒子的动能成正比。电荷、电压和电容的关系是 q = CV.,V=q/C 。电容器中电压的波动像不规则的楼梯一样,单个粒子的动能对每一节楼梯上的电荷会产生影响。当加在电容器上的电压超过内部的参考电压时,电容器就会重复这个过程。一次快速的放电脉冲会转换成粒子的能量值显示出来,而这个能量值是单个的粒子能量的积累值。进行野外的标定时,传感器的输出脉冲数要参考一次风蚀时收集的被风蚀的沙石总数。由于粒子的速度、拽力系数和质量的不同,它的最小粒子的直径很难确定。传感器可以测量低速撞击传感器时直径大约在50到70 微米的粒子,但不能测得10到50微米的粒子。H14-LIN的主要性能如下:

 量程:50~70μm

 输出:沙尘颗粒撞击数和撞击动能

 标准工作温度:-25至+60℃

传感器由两个数据输出量,一个是动能,另一个是撞击的颗粒数。动能输出经常用来测量直接跳跃的粒子所带的能量,撞击的颗粒数输出反应的是个别的粒子数。在某一取样周期内,所需的数据都被数采完全的换算成输出的脉冲数。通常数据的取样间隔是15秒到1小时。

 

  一般一个沙尘监测站的配置可以分为两种:简单型和研究型。

一、 简单配置需求

这种配置主要是用于可以经常移动的站点,也就是相当于一种便携式沙尘暴监测站,同样也可以用在沙尘暴的发源地。主要的配置情况如下:

序号 名称 单位 数量 制造商

1 风蚀传感器 个 1 Sensit

2 风速传感器 个 1 Met One

3 风向传感器 个 1 Met One

4 集沙器 套 1 国产

5 数据采集器 个 1 Campbell

6 支架 套 1 国产

 

二、 研究级配置要求

研究级沙尘暴监测站的配置可以满足基本风蚀监测站的要求,这种研究最少需要三个风速计。主要配置情况如下:

序号 名称 单位 数量 制造商

1 风蚀传感器 个 1 Sensit

2 风速传感器 个 3-6 Met One

3 风向传感器 个 1 Met One

4 温度传感器 个 1 Campbell

5 集沙器 套 1 国产

6 数据采集器 个 1 Campbell

7 支架 套 1 国产

在研究级站的安装中,传感器的安装十分关键。主要有以下几个方面:

1、风速计的高度

  U*是风的剪切应力的术语,有时也叫摩擦速率。风速计的高度呈对数间隔安装是为了测得的U*在图上表示是条斜线。这个U*在通常的情况下所表示的意思是风的摩擦速率,它的单位是厘米/秒,取3个数据点中数据最小的那个来计算。如果测量中用4个风速计,就会有一个可能测得不准或者测得的数据只是用来做个参考。计算时仍是用其他三个数据。但我们还是经常选用4个风速计,因为这样做可以保证测的数据在发生意外时不会全部丢失。

  对于一个野外风蚀气象站来说,风速是一个非常重要的测量值。风速计的安装高度呈对数间隔。通常的高度是距离地表面2米。最底下的风速计可以和地面尽可能的接近,但要考虑到仪器的污染问题。这个高度是考虑到空气动力学的因素,风速计的较适合的高度,是在没有植被时,距地表面2米。例如,风速计的高度低于植被的高度或者一样高,那么显示的风速可能是0。如果不受植被影响,4个风速计的安装高度由两种途径,一种是选20cm、50cm、100cm、200cm 。另外一种安装高度是1m、2m、5m、10m到20m。这种高度的安装。前者安装方便,后一种可以获得更精确的值,也可以排除地面上灌木及杂草的影响。

2、风蚀传感器的高度

风蚀传感器应该和砂石收集器离的比较近,安装地面的地形应该很平坦或者植被不会引起风蚀传感器和砂石收集器的移动。风蚀传感器尽量的和所测的环境接触。

3、砂石收集器

  把砂石收集器和风蚀传感器安装在同一高度是很重要的。砂石收集器在野外也不许要做太大的标定,但必须和风蚀传感器安装在同一高度。如果用的砂石收集器较多,那他们的安装呈对数形状分布,但一个敞开的收集器的中心必须和风蚀传感器处在同一高度。

4、温度传感器的安装(可选)

  如果需要空气密度进行修正的话就会用到温度传感器。典型的两个高度是10cm和200cm,他们安装在同一条垂直直线上。

5、取样周期

  每个数采点的取样周期最好是15秒或30秒。,通常取样周期从15秒到2小时都可以,根据数采的存储量来定。

 

安装实例(一):甘肃民勤沙尘监测站

 

 

安装实例(二):中国敦煌沙尘暴监测站