WXT520維薩拉氣象常規參數分析儀在環境空氣監測中的應用

黃　偉　余家燕 　唐　曉　劉姣姣

(1.重慶市環境監測中心,重慶 401147；2.城市大氣環境綜合觀測與污染防控重點實驗室,重慶 401147)

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WXT520維薩拉氣象常規參數分析儀在環境空氣監測中的應用

黃偉1，2余家燕1，2唐曉1，2劉姣姣1

(1.重慶市環境監測中心,重慶 401147；2.城市大氣環境綜合觀測與污染防控重點實驗室,重慶 401147)

摘要：利用WXT520氣象常規參數分析儀WINDCAPR傳感器超聲波測定原理，可穩定測量環境大氣中的大氣壓力、濕度、降水、溫度、風速、風向等氣象監測參數，為重慶市主城區環境空氣質量監測主要污染物濃度數據的輔助分析提供了數據支持。

關鍵詞：氣象；傳感器；WXT520；環境空氣監測

城市化和工業化的快速發展以及機動車保有量的迅速增長，導致大氣污染問題和引起的城市或區域空氣質量惡化成為嚴峻的環境問題。在區域性大氣污染綜合防治過程中，往往需要從區域環境整體出發，對區域內的大氣污染形成遷移及轉化過程進行充分了解[1]。因此區域范圍內的大氣氣象特征的了解和追蹤在重大環境空氣污染事件、環境空氣質量持續觀測以及環境空氣預警預報等一系列工作中越來越多的得到了應用。重慶市主城區環境空氣國控自動監測站點的自動監測系統中則采用了芬蘭維薩拉公司生產研發的WXT520型氣象常規參數分析儀，用以開展主城區區域范圍內的環境空氣氣象常規參數的長期觀測工作。

1儀器簡介

WXT520氣象常規參數分析儀是由芬蘭維薩拉公司生產研發的氣象常規參數監測儀(見圖1)，采用超聲波技術為核心的維薩拉WINDCAPR傳感器，可實現對大氣壓力、相對濕度、降水、溫度、風速和風向等參數的實時測量。相對于傳統的氣象觀測設備，該設備具有維護量小，靈敏度和準確度高等特點，并應用于氣象觀測站、稠密監測網絡、機場、港口、碼頭等領域[2]。

圖1　維薩拉氣象傳感器WXT520儀器外觀

2技術參數[2]

2.1　總體概述

WXT520氣象常規參數分析儀總體指標概述如表1所示。

表1　總體指標概述

2.2　風速和風向

為了測量風速與風向, WXT520使用維薩拉WINDCAPR傳感器，使用超聲波來測定水平風速與風向。三個等距的傳感器排列在一個水平面上，這是維薩拉獨有的設計，指標見表2。

表2　風速和風向性能指標

2.3　大氣壓力、溫濕度

WXT520氣象常規參數分析儀的PTU模塊使用電容式測量法，測量大氣壓力，溫度和濕度(表3、表4、圖2),不需要與傳感器進行任何接觸，即可很方便地更換模塊。

表3　大氣壓力性能指標

表4　氣溫性能指標

圖2　整個溫度范圍內的準確度曲線

2.4　降水

WXT520氣象常規參數分析儀使用獨特的維薩拉RAINCAP傳感器來測量降水，該傳感器可以探測單個雨滴的碰撞。碰撞產生的信號與雨滴的體積成正比。因此，每個雨滴的信號可以直接轉換成累積的降雨量。WXT520測量累積降雨量，降雨強度和降雨持續時間等，可提供全部實時數據。在測量降雨的過程中，WXT520不受洪水阻塞、潮濕和蒸發損失的影響。同時WXT520有一個自動控制電路，可在低溫時啟動加熱功能(表5)。

表5　降水性能指標

由于天氣狀況存在變化的特點，同時由于空間的變化，降雨量的讀數可能存在一定偏差，短時間的測量數據尤其如此。準確度規范不包括可能的風感應誤差。

3應用與討論[3-5]

選取WXT520氣象常規參數分析儀2014年3月份的氣象數據，同時結合市氣象臺數據，進行綜合統計分析(見表6)，3月主城區氣溫在12.2～19.0℃之間，平均氣溫為14.5℃，平均氣壓為98.7kPa，降水量為203.2mm，降水天數為11天，平均風速為4.2m/s。與去年同期相比，平均氣溫偏低3.3℃，氣壓高0.2kPa，降水量增加200mm，降水天數多7天，平均風速小0.8 m/s。

表6　2014年3月氣象數據與去年同期比較

從氣象擴散條件來看，3月份降水天數同比增加了7成，降水量增加200mm，3月下旬的降水量創歷史同期之最，氣象條件遠好于去年同期。從環境空氣綜合質量指數AQI數值與降水量日變化可看出(圖3)，3月雨水較多，氣象條件有利于污染物擴散，中下旬(19～20日、27日)較強的降溫降雨過程導致污染物濃度，尤其是顆粒物濃度下降迅速，雨水洗脫效果明顯。

圖3　2014年3月AQI及降水量日變化

4結束語

WXT520氣象常規參數分析儀目前已較多的應用于環境監測的實踐工作中，為區域范圍內環境空氣質量持續觀測和輔助判斷，各類環境空氣預警預報應用模型(如：CMAQ、CAMX、NAQMS等)氣象初始場設置等工作起到了積極的應用意義。

但同時我們應該注意到，該儀器僅僅是針對近地面的大氣壓力、相對濕度、降水、溫度、風速和風向等六項基本氣象參數實時在線觀測，要深入了解和掌握區域范圍內的較大尺度的污染物形成、遷移及轉化過程中的微氣候變化，進一步說清區域環境空氣污染狀況和規律，還應借助風廓線雷達、激光雷達等高空探測儀器對高空風羽/風速、大氣邊界層高度PBL、氣溶膠光學厚度AOD等參數進行加強觀測和分析[6，7]。

參考文獻

[1]唐孝炎，張遠航，邵敏，等.大氣環境化學(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2006：1-9.

[2] WXT520氣象常規參數分析儀操作使用說明[S].

[3] 張劍，劉紅年，唐麗娟，等.蘇州城區能見度與顆粒物濃度和氣象要素的相關分析[J].環境科學與研究，2011,24(9)：982-987.

[4] 葉堤，蔣昌潭，王飛，等.重慶市區大氣能見度變化特征及其影響因素分析[J].氣象與環境學報，2006,22(6)：6-9.

[5] 張樣盛，譚東，楊娟，等. 重慶市永川區PM10濃度與氣象因子相關性研究[J].三峽環境與生態，2010,32(5)：29-32.

[6] 楊引明，陶祖鈺，等.上海LAP 3000 邊界層風廓線雷達在強對流天氣預報中的應用初探[J]. 成都信息工程學院學報，1998,34(2~3)：155-160.

[7] 李禮，楊燦，余家燕，等.重慶典型灰霾天氣下大氣氣溶膠的激光雷達探測[J].環境科學與管理，2012，37(1)：143-146.

Application of meteorological sensor WXT520 in environment air monitoring.

HuangWei1,2,YuJiayan1,2,TangXiao1,2,LiuJiaojiao1

(1.ChongqingCenterofEnvironmentalMonitoring,Chongqing401147,China；2.ChongqingCenterforEmissiontrade,Chongqing401147,China)

Abstract:Vaisala meteorological sensor WXT520 can measure atmospheric pressure, humidity, precipitation, temperature, wind speed, wind direction and other meteorological parameters in the environmental atmospheric, and provide reliable data to support the aided analysis of concentration data of main pollutants in air quality monitoring urban environment of Chongqing city.

Key words：meteorological；sensor；WXT520；ambient air monitoring

收稿日期：2014-09-16

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2015.02.006

通訊作者：余家燕，女，1981出生，副高級工程師，碩士，主要從事環境質量自動監測和科研工作，E-mail：cqhkyzdz@163.com。

作者簡介：黃偉，女，1983年出生，工程師，碩士，主要從事環境質量自動監測和科研工作，E-mail：weizi8352@163.com。

基金項目：國家重大科學儀器設備開發項目(2012YQ06014705)