黄　伟　余家燕 　唐　晓　刘姣姣

(1.重庆市环境监测中心,重庆 401147；2.城市大气环境综合观测与污染防控重点实验室,重庆 401147)



WXT520维萨拉气象常规参数分析仪在环境空气监测中的应用

黄伟1，2余家燕1，2唐晓1，2刘姣姣1

(1.重庆市环境监测中心,重庆 401147；2.城市大气环境综合观测与污染防控重点实验室,重庆 401147)

摘要：利用WXT520气象常规参数分析仪WINDCAPR传感器超声波测定原理，可稳定测量环境大气中的大气压力、湿度、降水、温度、风速、风向等气象监测参数，为重庆市主城区环境空气质量监测主要污染物浓度数据的辅助分析提供了数据支持。

关键词：气象；传感器；WXT520；环境空气监测

城市化和工业化的快速发展以及机动车保有量的迅速增长，导致大气污染问题和引起的城市或区域空气质量恶化成为严峻的环境问题。在区域性大气污染综合防治过程中，往往需要从区域环境整体出发，对区域内的大气污染形成迁移及转化过程进行充分了解[1]。因此区域范围内的大气气象特征的了解和追踪在重大环境空气污染事件、环境空气质量持续观测以及环境空气预警预报等一系列工作中越来越多的得到了应用。重庆市主城区环境空气国控自动监测站点的自动监测系统中则采用了芬兰维萨拉公司生产研发的WXT520型气象常规参数分析仪，用以开展主城区区域范围内的环境空气气象常规参数的长期观测工作。

1仪器简介

WXT520气象常规参数分析仪是由芬兰维萨拉公司生产研发的气象常规参数监测仪(见图1)，采用超声波技术为核心的维萨拉WINDCAPR传感器，可实现对大气压力、相对湿度、降水、温度、风速和风向等参数的实时测量。相对于传统的气象观测设备，该设备具有维护量小，灵敏度和准确度高等特点，并应用于气象观测站、稠密监测网络、机场、港口、码头等领域[2]。

图1　维萨拉气象传感器WXT520仪器外观

2技术参数[2]

2.1　总体概述

WXT520气象常规参数分析仪总体指标概述如表1所示。

表1　总体指标概述

2.2　风速和风向

为了测量风速与风向, WXT520使用维萨拉WINDCAPR传感器，使用超声波来测定水平风速与风向。三个等距的传感器排列在一个水平面上，这是维萨拉独有的设计，指标见表2。

表2　风速和风向性能指标

2.3　大气压力、温湿度

WXT520气象常规参数分析仪的PTU模块使用电容式测量法，测量大气压力，温度和湿度(表3、表4、图2),不需要与传感器进行任何接触，即可很方便地更换模块。

表3　大气压力性能指标

表4　气温性能指标

图2　整个温度范围内的准确度曲线

2.4　降水

WXT520气象常规参数分析仪使用独特的维萨拉RAINCAP传感器来测量降水，该传感器可以探测单个雨滴的碰撞。碰撞产生的信号与雨滴的体积成正比。因此，每个雨滴的信号可以直接转换成累积的降雨量。WXT520测量累积降雨量，降雨强度和降雨持续时间等，可提供全部实时数据。在测量降雨的过程中，WXT520不受洪水阻塞、潮湿和蒸发损失的影响。同时WXT520有一个自动控制电路，可在低温时启动加热功能(表5)。

表5　降水性能指标

由于天气状况存在变化的特点，同时由于空间的变化，降雨量的读数可能存在一定偏差，短时间的测量数据尤其如此。准确度规范不包括可能的风感应误差。

3应用与讨论[3-5]

选取WXT520气象常规参数分析仪2014年3月份的气象数据，同时结合市气象台数据，进行综合统计分析(见表6)，3月主城区气温在12.2～19.0℃之间，平均气温为14.5℃，平均气压为98.7kPa，降水量为203.2mm，降水天数为11天，平均风速为4.2m/s。与去年同期相比，平均气温偏低3.3℃，气压高0.2kPa，降水量增加200mm，降水天数多7天，平均风速小0.8 m/s。

表6　2014年3月气象数据与去年同期比较

从气象扩散条件来看，3月份降水天数同比增加了7成，降水量增加200mm，3月下旬的降水量创历史同期之最，气象条件远好于去年同期。从环境空气综合质量指数AQI数值与降水量日变化可看出(图3)，3月雨水较多，气象条件有利于污染物扩散，中下旬(19～20日、27日)较强的降温降雨过程导致污染物浓度，尤其是颗粒物浓度下降迅速，雨水洗脱效果明显。

图3　2014年3月AQI及降水量日变化

4结束语

WXT520气象常规参数分析仪目前已较多的应用于环境监测的实践工作中，为区域范围内环境空气质量持续观测和辅助判断，各类环境空气预警预报应用模型(如：CMAQ、CAMX、NAQMS等)气象初始场设置等工作起到了积极的应用意义。

但同时我们应该注意到，该仪器仅仅是针对近地面的大气压力、相对湿度、降水、温度、风速和风向等六项基本气象参数实时在线观测，要深入了解和掌握区域范围内的较大尺度的污染物形成、迁移及转化过程中的微气候变化，进一步说清区域环境空气污染状况和规律，还应借助风廓线雷达、激光雷达等高空探测仪器对高空风羽/风速、大气边界层高度PBL、气溶胶光学厚度AOD等参数进行加强观测和分析[6，7]。

参考文献

[1]唐孝炎，张远航，邵敏，等.大气环境化学(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2006：1-9.

[2] WXT520气象常规参数分析仪操作使用说明[S].

[3] 张剑，刘红年，唐丽娟，等.苏州城区能见度与颗粒物浓度和气象要素的相关分析[J].环境科学与研究，2011,24(9)：982-987.

[4] 叶堤，蒋昌潭，王飞，等.重庆市区大气能见度变化特征及其影响因素分析[J].气象与环境学报，2006,22(6)：6-9.

[5] 张样盛，谭东，杨娟，等. 重庆市永川区PM10浓度与气象因子相关性研究[J].三峡环境与生态，2010,32(5)：29-32.

[6] 杨引明，陶祖钰，等.上海LAP 3000 边界层风廓线雷达在强对流天气预报中的应用初探[J]. 成都信息工程学院学报，1998,34(2~3)：155-160.

[7] 李礼，杨灿，余家燕，等.重庆典型灰霾天气下大气气溶胶的激光雷达探测[J].环境科学与管理，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

通讯作者：余家燕，女，1981出生，副高级工程师，硕士，主要从事环境质量自动监测和科研工作，E-mail：cqhkyzdz@163.com。

作者简介：黄伟，女，1983年出生，工程师，硕士，主要从事环境质量自动监测和科研工作，E-mail：weizi8352@163.com。

基金项目：国家重大科学仪器设备开发项目(2012YQ06014705)