風(fēng)蝕自動觀測采集系統(tǒng)/沙塵暴監(jiān)測站 袁
隨著氣候的發(fā)展變化，沙塵暴對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響已經(jīng)嚴(yán)重危及到人類的生存環(huán)境。因此，對沙塵暴的監(jiān)測、預(yù)警在氣象觀測活動中已經(jīng)變得非常重要。
沙塵暴監(jiān)測站主要是通過對風(fēng)、沙、溫度這幾個形成沙塵暴的主要氣象要素進(jìn)行監(jiān)測，從而實現(xiàn)對沙塵暴的控制。對沙的測量主要依靠風(fēng)蝕傳感器H11B，風(fēng)蝕傳感器用來測量砂的動量通量，兩個輸出量是動能和撞擊的顆粒數(shù)。原理是電荷量和粒子的動能成正比。電荷、電壓和電容的關(guān)系是 q = CV.，V=q/C 。電容器中電壓的波動像不規(guī)則的樓梯一樣，單個粒子的動能對每一節(jié)樓梯上的電荷會產(chǎn)生影響。當(dāng)加在電容器上的電壓超過內(nèi)部的參考電壓時，電容器就會重復(fù)這個過程。一次快速的放電脈沖會轉(zhuǎn)換成粒子的能量值顯示出來，而這個能量值是單個的粒子能量的積累值。進(jìn)行野外的標(biāo)定時，傳感器的輸出脈沖數(shù)要參考一次風(fēng)蝕時收集的被風(fēng)蝕的沙石總數(shù)。由于粒子的速度、拽力系數(shù)和質(zhì)量的不同，它的zui小粒子的直徑很難確定。傳感器可以測量低速撞擊傳感器時直徑大約在50到70 微米的粒子，但不能測得10到50微米的粒子。
傳感器由兩個數(shù)據(jù)輸出量，一個是動能，另一個是撞擊的顆粒數(shù)。動能輸出經(jīng)常用來測量直接跳躍的粒子所帶的能量，撞擊的顆粒數(shù)輸出反應(yīng)的是個別的粒子數(shù)。在某一取樣周期內(nèi)，所需的數(shù)據(jù)都被數(shù)采*的換算成輸出的脈沖數(shù)。通常數(shù)據(jù)的取樣間隔是15秒到1小時。
一般一個沙塵監(jiān)測站的配置可以分為兩種：簡單型和研究型。
一、 簡單配置需求
這種配置主要是用于可以經(jīng)常移動的站點，也就是相當(dāng)于一種便攜式沙塵暴監(jiān)測站，同樣也可以用在沙塵暴的發(fā)源地。主要的配置情況如下：
序號 名稱 單位 數(shù)量 制造商
1 風(fēng)蝕傳感器 個 1 Sensit
2 風(fēng)速傳感器 個 1 Met One
3 風(fēng)向傳感器 個 1 Met One
4 集沙器 套 1 國產(chǎn)
5 數(shù)據(jù)采集器 個 1 Campbell
6 支架 套 1 國產(chǎn)
二、研究級配置要求
研究級沙塵暴監(jiān)測站的配置可以滿足基本風(fēng)蝕監(jiān)測站的要求，這種研究zui少需要三個風(fēng)速計。主要配置情況如下：
序號 名稱 單位 數(shù)量 制造商
1 風(fēng)蝕傳感器 個 1 Sensit
2 風(fēng)速傳感器 個 3-6 Met One
3 風(fēng)向傳感器 個 1 Met One
4 溫度傳感器 個 1 Campbell
5 集沙器 套 1 國產(chǎn)
6 數(shù)據(jù)采集器 個 1 Campbell
7 支架 套 1 國產(chǎn)
在研究級站的安裝中，傳感器的安裝十分關(guān)鍵。主要有以下幾個方面：
1、風(fēng)速計的高度
U*是風(fēng)的剪切應(yīng)力的術(shù)語，有時也叫摩擦速率。風(fēng)速計的高度呈對數(shù)間隔安裝是為了測得的U*在圖上表示是條斜線。這個U*在通常的情況下所表示的意思是風(fēng)的摩擦速率，它的單位是厘米/秒，取3個數(shù)據(jù)點中數(shù)據(jù)zui小的那個來計算。如果測量中用4個風(fēng)速計，就會有一個可能測得不準(zhǔn)或者測得的數(shù)據(jù)只是用來做個參考。計算時仍是用其他三個數(shù)據(jù)。但我們還是經(jīng)常選用4個風(fēng)速計，因為這樣做可以保證測的數(shù)據(jù)在發(fā)生意外時不會全部丟失。
對于一個野外風(fēng)蝕氣象站來說，風(fēng)速是一個非常重要的測量值。風(fēng)速計的安裝高度呈對數(shù)間隔。通常的高度是距離地表面2米。zui底下的風(fēng)速計可以和地面盡可能的接近，但要考慮到儀器的污染問題。這個高度是考慮到空氣動力學(xué)的因素，風(fēng)速計的較適合的高度，是在沒有植被時，距地表面2米。例如，風(fēng)速計的高度低于植被的高度或者一樣高，那么顯示的風(fēng)速可能是0。如果不受植被影響，4個風(fēng)速計的安裝高度由兩種途徑，一種是選20cm、50cm、100cm、200cm 。另外一種安裝高度是1m、2m、5m、10m到20m。這種高度的安裝。前者安裝方便，后一種可以獲得更精確的值，也可以排除地面上灌木及雜草的影響。
2、風(fēng)蝕傳感器的高度
風(fēng)蝕傳感器應(yīng)該和砂石收集器離的比較近，安裝地面的地形應(yīng)該很平坦或者植被不會引起風(fēng)蝕傳感器和砂石收集器的移動。風(fēng)蝕傳感器盡量的和所測的環(huán)境接觸。
3、砂石收集器
把砂石收集器和風(fēng)蝕傳感器安裝在同一高度是很重要的。砂石收集器在野外也不許要做太大的標(biāo)定，但必須和風(fēng)蝕傳感器安裝在同一高度。如果用的砂石收集器較多，那他們的安裝呈對數(shù)形狀分布，但一個敞開的收集器的中心必須和風(fēng)蝕傳感器處在同一高度。
4、溫度傳感器的安裝（可選）
如果需要空氣密度進(jìn)行修正的話就會用到溫度傳感器。典型的兩個高度是10cm和200cm，他們安裝在同一條垂直直線上。
5、取樣周期
每個數(shù)采點的取樣周期是15秒或30秒。，通常取樣周期從15秒到2小時都可以，根據(jù)數(shù)采的存儲量來定。
顆粒精度：50微米；頻率范圍：1~2mhz；輸出：1.0 - 1.5 mV/V溫度補償范圍： -10 to 60 ℃溫度漂移：0.12%/ ℃• 阻抗：350hms電源：10VDC通道：4；數(shù)據(jù)儲存容量 :10000條
