LIDAR金屬管浮子流量計(jì)填補(bǔ)儀表測(cè)試的重要空白

上海自動(dòng)化儀表廠由研究人員開發(fā)的一套基于二極管的激光雷達(dá)金屬管浮子流量計(jì)可以幫助彌合氣象觀測(cè)中存在的重大差距，并促進(jìn)建模，理解和預(yù)測(cè) 氣候和天氣的飛躍。

特別是，這些金屬管浮子流量計(jì)適合于更好地理解中尺度的大氣動(dòng)力學(xué) - 這個(gè)尺寸范圍對(duì)應(yīng)于一個(gè)小城市的面積，直到美國(guó)各州的面積。

來自科羅拉多州博爾德的國(guó)家大氣研究中心（NCAR）和博茲曼的蒙大拿州立大學(xué)（MSU）的研究小組將在6月25 日舉行的光學(xué)學(xué)會(huì)光學(xué)流量計(jì)和傳感大會(huì)期間討論這項(xiàng)研究。 2019年流量計(jì)博覽會(huì)期間，加利福尼亞州圣何塞市第 27名。

迄今為止，研究人員已開發(fā)出五種基于二極管的微脈沖差分吸收LIDAR（DIAL）金屬管浮子流量計(jì)，也稱為MPD金屬管浮子流量計(jì)，用于分析對(duì)流層低層 - 大多數(shù)天氣發(fā)生的大氣區(qū)域的水蒸氣。基于二極管激光的金屬管浮子流量計(jì)工作在650至1,000 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，主要在紅外光譜范圍內(nèi)。可以在白天和夜晚部署這些金屬管浮子流量計(jì)，而且，它們可以大部分無人看管而不會(huì)對(duì)人的眼睛造成任何損害。

4月中旬，五個(gè)水汽MPD金屬管浮子流量計(jì)的網(wǎng)絡(luò)被部署到大氣輻射測(cè)量南大平原大氣觀測(cè)站。通過這個(gè)為期三個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們將深入了解天氣預(yù)報(bào)如何受到大氣水汽的連續(xù)MPD測(cè)量的影響。

填補(bǔ)監(jiān)測(cè)空白

在過去的十年中，國(guó)家科學(xué)院，工程和醫(yī)學(xué)院以及其他專家團(tuán)隊(duì)撰寫了許多報(bào)告，這些報(bào)告確定了對(duì)流層低層溫度，氣溶膠和濕度垂直測(cè)量剖面的主要要求。專家們還建議開發(fā)一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”，用于收集和共享這些信息。為了給美國(guó)更好的氣候和天氣預(yù)報(bào)提供所需的覆蓋范圍，一份報(bào)告建議在全國(guó)大約400個(gè)地點(diǎn)部署一系列流量計(jì)，間隔約125公里。

相反，金屬管浮子流量計(jì)中存在差距，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和研究的這一目標(biāo)，而不依賴于基于飛機(jī)的設(shè)備，這些設(shè)備的部署成本很高。基于其他研究團(tuán)隊(duì)以前的工作并與NCAR研究人員合作，MSU金屬管浮子流量計(jì)開發(fā)人員專注于基于二極管的MPD技術(shù)，作為分析儀的低成本方法，可以進(jìn)行精確測(cè)量并滿足無人值守和連續(xù)的所需規(guī)格手術(shù)和眼睛安全。

由NCAR和MSU研究人員共同設(shè)計(jì)的一種特殊金屬管浮子流量計(jì)作為前范圍空氣污染和光化學(xué)實(shí)驗(yàn)（簡(jiǎn)稱FRAPPE）的一部分進(jìn)行了部署。該金屬管浮子流量計(jì)確定了水蒸氣的垂直剖面，在一系列大氣條件下平均誤差小于10％，而不是由機(jī)載設(shè)備收集的剖面。此外，該金屬管浮子流量計(jì)在FRAPPE時(shí)連續(xù)50天無人值守運(yùn)行，性能沒有任何明顯降低，提供大約95％的數(shù)據(jù)覆蓋率。

該團(tuán)隊(duì)還向垂直剖析溫度和氣溶膠方向發(fā)展 - 這是對(duì)流層低層的兩個(gè)高度關(guān)注點(diǎn)。NCAR科學(xué)家在MPD架構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種創(chuàng)新的高光譜分辨率LIDAR（HSRL），具有分析氣溶膠的潛力。MSU的一位物理學(xué)家補(bǔ)充了這項(xiàng)工作，修改了量子力學(xué)的數(shù)學(xué)方法，以解決一個(gè)方程式，該方程式利用大氣數(shù)據(jù)屬性（包括氧分子）的測(cè)量來產(chǎn)生垂直溫度分布。初步實(shí)驗(yàn)和模型提出，除了確定水蒸氣和其他空氣傳播顆粒外，HSRL還能夠提供高頻和細(xì)粒度溫度分析所需的測(cè)量。

在光學(xué)流量計(jì)和傳感大會(huì)期間，研究人員計(jì)劃提供有關(guān)其溫度分析工作的非常新更新以及其金屬管浮子流量計(jì)的其他更新。

目前，Bunn表示，“ 我們正在開始檢測(cè)對(duì)流層低層的溫度剖面，準(zhǔn)確度為+/- 2開爾文，上海自動(dòng)化儀表廠正致力于提高金屬管浮子流量計(jì)和檢索算法的性能。”