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LIDAR金屬管浮子流量計填補儀表測試的重要空白

發布日期:2019-08-24  來源:  作者:  瀏覽次數:
【導讀】: 迄今為止,研究人員已開發出五種基于二極管的微脈沖差分吸收LIDAR金屬管浮子流量計,也稱為MPD金屬管浮子流量計,用于分析對流層低層 - 大多數天氣發生的大氣區域的水蒸氣。基于二極管激光的金屬管浮子流量計工作在650至1,000 nm波長范圍內,主要在紅外光譜范圍內。......

    非常近由研究人員開發的一套基于二極管的激光雷達金屬管浮子流量計可以幫助彌合氣象觀測中存在的重大差距,并促進建模,理解和預測 氣候和天氣的飛躍。

 
    特別是,這些金屬管浮子流量計適合于更好地理解中尺度的大氣動力學 - 這個尺寸范圍對應于一個小城市的面積,直到美國各州的面積。
 
    來自科羅拉多州博爾德的國家大氣研究中心(NCAR)和博茲曼的蒙大拿州立大學(MSU)的研究小組將在6月25 日舉行的光學學會光學流量計和傳感大會期間討論這項研究。 2019年流量計博覽會期間,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,也稱為MPD金屬管浮子流量計,用于分析對流層低層 - 大多數天氣發生的大氣區域的水蒸氣。基于二極管激光的金屬管浮子流量計工作在650至1,000 nm波長范圍內,主要在紅外光譜范圍內。可以在白天和夜晚部署這些金屬管浮子流量計,而且,它們可以大部分無人看管而不會對人的眼睛造成任何損害。
 
    4月中旬,五個水汽MPD金屬管浮子流量計的網絡被部署到大氣輻射測量南大平原大氣觀測站。通過這個為期三個月的現場試驗,我們將深入了解天氣預報如何受到大氣水汽的連續MPD測量的影響。
 
    填補監測空白
    在過去的十年中,國家科學院,工程和醫學院以及其他專家團隊撰寫了許多報告,這些報告確定了對流層低層溫度,氣溶膠和濕度垂直測量剖面的主要要求。專家們還建議開發一個“網絡網絡”,用于收集和共享這些信息。為了給美國更好的氣候和天氣預報提供所需的覆蓋范圍,一份報告建議在全國大約400個地點部署一系列流量計,間隔約125公里。
 
    相反,金屬管浮子流量計中存在差距,以實現監測和研究的這一目標,而不依賴于基于飛機的設備,這些設備的部署成本很高。基于其他研究團隊以前的工作并與NCAR研究人員合作,MSU金屬管浮子流量計開發人員專注于基于二極管的MPD技術,作為分析儀的低成本方法,可以進行精確測量并滿足無人值守和連續的所需規格手術和眼睛安全。
 
    在該領域展示價值
    研究人員創建了五種基于標準體系結構的不同金屬管浮子流量計。在這種標準結構中,激光脈沖被傳輸到大氣中,并且返回信號由單光子計數模塊確定。當光與水蒸氣相互作用時,該返回信號發生變化。所有五種金屬管浮子流量計都在運行,其中一些金屬管浮子流量計已經部署在地面氣候和天氣研究實驗中。
 
 
金屬管浮子流量計.jpg
 
 
    由NCAR和MSU研究人員共同設計的一種特殊金屬管浮子流量計作為前范圍空氣污染和光化學實驗(簡稱FRAPPE)的一部分進行了部署。該金屬管浮子流量計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%,而不是由機載設備收集的剖面。此外,該金屬管浮子流量計在FRAPPE時連續50天無人值守運行,性能沒有任何明顯降低,提供大約95%的數據覆蓋率。
 
    該團隊還向垂直剖析溫度和氣溶膠方向發展 - 這是對流層低層的兩個高度關注點。NCAR科學家在MPD架構的基礎上開發出一種創新的高光譜分辨率LIDAR(HSRL),具有分析氣溶膠的潛力。MSU的一位物理學家補充了這項工作,修改了量子力學的數學方法,以解決一個方程式,該方程式利用大氣數據屬性(包括氧分子)的測量來產生垂直溫度分布。初步實驗和模型提出,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粒度溫度分析所需的測量。
 
    在光學流量計和傳感大會期間,研究人員計劃提供有關其溫度分析工作的非常新更新以及其金屬管浮子流量計的其他更新。
 
    目前,Bunn表示,“ 我們正在開始檢測對流層低層的溫度剖面,準確度為+/- 2開爾文,我們正致力于提高金屬管浮子流量計和檢索算法的性能。”

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