專利名稱：一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣象監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及ー種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在荒漠化地區(qū)，經(jīng)常發(fā)生包括空氣與沙粒(粒徑在100微米以上)、以及空氣與沙塵(粒徑在100微米以下)構(gòu)成的ー類氣固兩相流動(dòng)的流場(chǎng)。前者，大多集中在距地面2米以下的高度內(nèi)，也稱為地表風(fēng)沙流(即是土壤風(fēng)蝕和荒漠化的一種表現(xiàn)形式)，并因此加劇土壤風(fēng)蝕和荒漠化；后者，主要關(guān)注距地面數(shù)十米以下高度內(nèi)的沙塵暴，往往導(dǎo)致交通和通訊 中斷以及空氣質(zhì)量下降，甚至房屋和農(nóng)作物受損及人員傷亡。例如，2010年4月24-25日在甘肅發(fā)生的沙塵暴共造成甘肅19個(gè)縣約132. 56萬(wàn)人受災(zāi)；農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)20. 68萬(wàn)公頃。盡管有關(guān)風(fēng)沙流或沙塵暴防治和預(yù)報(bào)的研究已長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年之久，其局部治理也取得一定效果；但是，整體來(lái)看，情況依然嚴(yán)峻一方面，土壤風(fēng)蝕和荒漠化的面積仍在擴(kuò)大，程度還在加重，耕地面積減少；例如，風(fēng)沙災(zāi)害使得50年前還是一片綠洲的甘肅民勤地區(qū)目前的荒漠化面積達(dá)94. 5%左右；另一方面，沙塵暴仍在頻發(fā)；例如，在我國(guó)甘肅民勤地區(qū)，2010年發(fā)生的沙塵暴高達(dá)8次，而2009年的沙特阿拉伯首都利雅得和澳大利亞悉尼，以及2011年美國(guó)亞利桑那州鳳凰城都分別遭遇了 20年來(lái)的最強(qiáng)沙塵暴?？梢?jiàn)，風(fēng)沙流和沙塵暴已經(jīng)成為影響人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的ー個(gè)重要環(huán)境問(wèn)題。正如Balachandar等在流體力學(xué)年鑒上的文章中指出的“瑞流和多相流是流體力學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的兩個(gè)問(wèn)題，……，當(dāng)兩者聯(lián)合起來(lái)也會(huì)成為更加難以對(duì)付的挑戰(zhàn)”。同吋，2010年馬魯希奇等在其綜述性文章指出“近年來(lái)，高雷諾數(shù)下的壁面邊界湍流已經(jīng)逐漸成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。對(duì)這ー問(wèn)題的理論、標(biāo)度律、物理過(guò)程的理解、實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及數(shù)值模擬仍存在著許多的挑戰(zhàn)?！彼裕J(rèn)識(shí)并掲示風(fēng)沙流或沙塵暴這樣ー種大氣邊界層的高雷諾數(shù)壁湍流的特性和規(guī)律，不僅對(duì)于風(fēng)沙流輸沙率的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和沙塵暴預(yù)報(bào)模式的改進(jìn)起著非常關(guān)鍵的作用，有著重要的應(yīng)用需求，而且也是ー個(gè)極其復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題。但是，在高雷諾數(shù)(Re )壁湍流研究方面，對(duì)于壁湍流平均流廓線的具體形式、湍流脈動(dòng)強(qiáng)度隨Re變化的規(guī)律、外區(qū)特大尺度結(jié)構(gòu)的起源和標(biāo)度及其時(shí)空演化規(guī)律、‘-I’次方譜的存在性等基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)尚在爭(zhēng)議中。而高Re壁湍流研究中的這些基礎(chǔ)理論問(wèn)題與風(fēng)沙流輸沙率預(yù)測(cè)和沙塵暴預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性的提高是十分相關(guān)的。例如，馮卡門常數(shù)的值和廓線形式會(huì)直接影響對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴演化過(guò)程的數(shù)值計(jì)算，而平均流廓線下限的位置可能對(duì)起沙產(chǎn)生影響。在大氣邊界層湍流研究方面，對(duì)大氣邊界層湍流結(jié)構(gòu)的測(cè)量大多存在測(cè)量時(shí)間較短，溫度層結(jié)地表粗糙度、來(lái)流特征等因素的影響不清楚等問(wèn)題。由此，一方面導(dǎo)致所得結(jié)果的差異較大，另一方面也使得對(duì)莫寧-奧布霍夫理論的普適性、脈動(dòng)強(qiáng)度的各項(xiàng)異性特征、相干結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生機(jī)制等基本問(wèn)題的認(rèn)識(shí)，以及風(fēng)速譜的表征等存在爭(zhēng)議。在風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性研究方面，已有探索風(fēng)沙流和沙塵暴與湍流結(jié)構(gòu)相關(guān)性的研究大都帶有猜測(cè)性質(zhì)，特別是對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴的流場(chǎng)特性和流動(dòng)結(jié)構(gòu)及其與起沙和沙塵輸運(yùn)的相互作用等這些對(duì)認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)風(fēng)沙流或沙塵暴十分重要的問(wèn)題，已有的觀測(cè)裝置和觀測(cè)數(shù)據(jù)還很難給出準(zhǔn)確的回答，而已有的結(jié)論，如猶他大學(xué)野外觀測(cè)的結(jié)論，是否能推廣到風(fēng)沙流或沙塵暴期間的流場(chǎng)也還不得而知。可見(jiàn)，需要對(duì)近地面風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性及其結(jié)構(gòu)開(kāi)展更為有效的野外觀測(cè)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在無(wú)法對(duì)高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、無(wú)法對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量、以及沒(méi)有實(shí)現(xiàn)將湍流測(cè)量與沙塵輸運(yùn)測(cè)量同步等缺陷
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量、以及將湍流測(cè)量與沙塵輸運(yùn)測(cè)量同步的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括豎直平行配合設(shè)置的氣象塔、熱線支架、以及多個(gè)觀測(cè)架，所述熱線支架靠近氣象塔設(shè)置，所述多個(gè)觀測(cè)架對(duì)稱分布在氣象塔與熱線支架形成區(qū)域的兩側(cè)；在所述氣象塔上，配合安裝有第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；在熱線支架上，配合安裝有熱線探頭組件；在每個(gè)觀測(cè)架上，配合安裝有第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器。進(jìn)ー步地，所述多個(gè)觀測(cè)架、氣象塔與熱線支架，在水平面上呈金字塔形排布。進(jìn)ー步地，在所述多個(gè)觀測(cè)架中，每個(gè)觀測(cè)架為12-20m觀測(cè)架。進(jìn)ー步地，所述第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器，位于所述數(shù)據(jù)采集器的上側(cè)、且水平并行安裝在氣象塔的橫向連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭，以及位于所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在氣象塔的橫向連接桿上的多個(gè)測(cè)量単元；所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。進(jìn)ー步地,在所述多個(gè)測(cè)量單元中，姆個(gè)測(cè)量單元包括位于氣象塔ー側(cè)的三維超聲風(fēng)速儀、以及位于氣象塔另ー側(cè)的溫濕度計(jì)與粉塵儀；所述三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度計(jì)及粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。進(jìn)ー步地，所述熱線探頭組件，包括移動(dòng)終端，以及位于移動(dòng)終端的上方、且水平并行安裝在熱線支架的橫向連接桿上的多個(gè)熱線探頭；在每個(gè)橫向連接桿的兩端，安裝有 位于熱線支架兩側(cè)的兩個(gè)熱線探頭；每個(gè)熱線探頭，分別與移動(dòng)終端連接。進(jìn)ー步地，所述移動(dòng)終端，至少包括筆記本電腦。進(jìn)ー步地，所述第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器，位于所述數(shù)據(jù)采集器的上側(cè)、且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭，以及位于所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向連接桿上的多個(gè)測(cè)量単元；所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。進(jìn)ー步地，在所述多個(gè)測(cè)量單元中，每個(gè)測(cè)量単元包括位于觀測(cè)架ー側(cè)的型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、以及位于觀測(cè)架另ー側(cè)的型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)與型號(hào)為AQ-IO的粉塵儀；所述型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)及型號(hào)為AQ-10的粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。進(jìn)ー步地，以上所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括用于連接相應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器與數(shù)據(jù)采集器或移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)線，以及用于為各用電設(shè)備供電的供電系統(tǒng)。本發(fā)明各實(shí)施例的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于包括豎直平行配合設(shè)置的氣象塔、熱線支架、以及多個(gè)觀測(cè)架，熱線支架靠近氣象塔設(shè)置，多個(gè)觀測(cè)架對(duì)稱分布在氣象塔與熱線支架形成區(qū)域的兩側(cè)；在所述氣象塔上，配合·安裝有第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；在熱線支架上，配合安裝有熱線探頭組件；在每個(gè)觀測(cè)架上，配合安裝有第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；可以對(duì)野外高雷諾數(shù)情況下風(fēng)速、粉塵濃度、輸沙強(qiáng)度和溫濕度等實(shí)施全方位實(shí)時(shí)同步高頻測(cè)量；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法對(duì)高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、無(wú)法對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量、以及沒(méi)有實(shí)現(xiàn)將湍流測(cè)量與沙塵輸運(yùn)測(cè)量同步的缺陷，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量、以及將湍流測(cè)量與沙塵輸運(yùn)測(cè)量同步的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在所寫的說(shuō)明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)ー步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中
圖I為根據(jù)本發(fā)明風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中氣象塔、熱線支架和多個(gè)16m觀測(cè)架在水平面上的金字塔形排布示意 圖2為根據(jù)風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中氣象塔上測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器的裝配結(jié)構(gòu)示意 圖3為根據(jù)本發(fā)明風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中熱線支架上熱線探頭的裝配結(jié)構(gòu)示意 圖4為根據(jù)本發(fā)明風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中16m觀測(cè)架上測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下
I-數(shù)據(jù)采集器；2_輸沙強(qiáng)度探頭；3_三維超聲風(fēng)速儀；4_粉塵儀；5_溫濕度計(jì)；6_氣象塔；7-筆記本電腦；8_熱線探頭；9_熱線支架；10-16m觀測(cè)架。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如圖I-圖4所示，本實(shí)施例包括豎直平行配合設(shè)置的氣象塔(如氣象塔6)、熱線支架(如熱線支架9)、以及多個(gè)觀測(cè)架，熱線支架靠近氣象塔設(shè)置，多個(gè)觀測(cè)架對(duì)稱分布在氣象塔與熱線支架形成區(qū)域的兩側(cè)；在氣象塔上，配合安裝有第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；在熱線支架上，配合安裝有熱線探頭組件；在每個(gè)觀測(cè)架上，配合安裝有第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；還包括用于為各用電設(shè)備供電的供電系統(tǒng)(可以是主要由太陽(yáng)能電池板和蓄電池組成的供電系統(tǒng))。在多個(gè)觀測(cè)架中，每個(gè)觀測(cè)架為12-20m觀測(cè)架(優(yōu)選為16m觀測(cè)架10)。如圖I所示，上述多個(gè)觀測(cè)架、氣象塔與熱線支架，在水平面上呈金字塔形排布。氣象塔和多個(gè)16m觀測(cè)架在水平面上按照三角形列陣形式布置，這樣則可以對(duì)不同來(lái)流方向的湍流結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，從三維的角度來(lái)看，形態(tài)類似于埃及的金字塔。如圖2所示，上述第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器(如數(shù)據(jù)采集器I )，位于數(shù)據(jù)采集器的上側(cè)、且水平并行安裝在氣象塔的橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭(如輸沙強(qiáng)度探頭2)，以及位于多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在氣象塔的橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿上的多個(gè)測(cè)量単元；多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。在多個(gè)測(cè)量単元中，每個(gè)測(cè)量単元包括位于氣象塔ー側(cè)的三維超聲風(fēng)速儀(如三維超聲風(fēng)速儀3)、以及位于氣象塔另ー側(cè)的溫濕度計(jì)(如溫濕度計(jì)5)與粉塵儀(如粉塵儀4);三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度計(jì)及粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。在圖2中，多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭可以為3個(gè)測(cè)量単元，多個(gè)測(cè)量単元可以為7個(gè)測(cè)量單元。例如，可以在氣象塔上自下向上的O. 2m、0. 5m、lm、2m、4m、8m、12m、16m、24m和32m處，分別安裝三維超聲風(fēng)速儀、粉塵儀和溫濕度計(jì)；在氣象塔底部O. 05m、0. lm、0. 15m、0. 2m和0. 3m處，分別安裝輸沙強(qiáng)度探頭；16m觀測(cè)架上分別安裝兩臺(tái)三維超聲風(fēng)速儀、兩臺(tái)粉塵儀、兩個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭和ー個(gè)溫濕度計(jì)。如圖3所示，上述熱線探頭組件，包括移動(dòng)終端(可以是筆記本電腦7)，以及位于移動(dòng)終端的上方、且水平并行安裝在熱線支架的橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿上的多個(gè)熱線探頭；在每個(gè)橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿的兩端，安裝有位于熱線支架兩側(cè)的兩個(gè)熱線探頭；每個(gè)熱線探頭，分別與移動(dòng)終端通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。 在圖3中，可以在熱線支架的不同高度處安裝有16個(gè)野外熱線風(fēng)速儀的熱線探頭，每個(gè)熱線探頭通過(guò)數(shù)據(jù)線與用于采集數(shù)據(jù)的筆記本電腦相連。如圖4所示，第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器，位于數(shù)據(jù)采集器的上側(cè)、且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭，以及位于多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向通過(guò)數(shù)據(jù)線連接桿上的多個(gè)測(cè)量單元；多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。在多個(gè)測(cè)量単元中，每個(gè)測(cè)量単元包括位于觀測(cè)架ー側(cè)的型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、以及位于觀測(cè)架另ー側(cè)的型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)與型號(hào)為AQ-10的粉塵儀；型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)及型號(hào)為AQ-10的粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合通過(guò)數(shù)據(jù)線連接。在圖4中，多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭可以為2個(gè)測(cè)量単元，多個(gè)測(cè)量単元可以為2個(gè)測(cè)量單元。在上述實(shí)施例中，數(shù)據(jù)采集器，用于采集氣象塔和16m觀測(cè)架上測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)；輸沙強(qiáng)度探頭，用于測(cè)量風(fēng)沙流的輸沙強(qiáng)度；三維超聲風(fēng)速儀，用于測(cè)量三維風(fēng)速；粉塵儀，用于測(cè)量粉塵濃度；溫濕度計(jì)，用于測(cè)量大氣溫度和濕度；移動(dòng)終端(如筆記本電腦7)，用于實(shí)時(shí)記錄熱線探頭所感應(yīng)到的風(fēng)速。上述實(shí)施例的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，涉及荒漠地表在起沙與不起沙情況和不同層結(jié)條件下的風(fēng)場(chǎng)、粉塵、溫濕度的實(shí)時(shí)同步測(cè)量，獲得零壓カ梯度近中性條件下高雷諾數(shù)壁湍流在風(fēng)沙流或沙塵暴情形的數(shù)據(jù)；可以用于實(shí)現(xiàn)對(duì)荒漠地表在起沙與不起沙情況和不同層結(jié)條件下的風(fēng)場(chǎng)、粉塵、溫濕度的實(shí)時(shí)同步測(cè)量，獲得零壓カ梯度近中性條件下高雷諾數(shù)壁湍流在風(fēng)沙流或沙塵暴情形的數(shù)據(jù)。具體地，上述實(shí)施例的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以包括一個(gè)氣象高塔(50-70m左右)、熱線觀測(cè)架、數(shù)十個(gè)高度在16m左右的分別沿流向和展向布置的觀測(cè)架，以及在其上梯度布置的三維超聲風(fēng)速儀、熱線風(fēng)速儀、粉塵儀、溫濕度儀、數(shù)據(jù)采集器和筆記本電腦等，由此構(gòu)成三維多點(diǎn)多要素梯度測(cè)量系統(tǒng)；按照三角形列陣形式豎直平行設(shè)置氣象觀測(cè)塔、熱線觀測(cè)架和數(shù)十個(gè)16m的觀測(cè)架，在氣象塔上安裝有三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度計(jì)、輸沙強(qiáng)度探頭和粉塵儀，在熱線支架上安裝有熱線探頭，在數(shù)十個(gè)16m 觀測(cè)架上安裝有三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度計(jì)、輸沙強(qiáng)度探頭和粉塵儀；在氣象塔、熱線觀測(cè)架和觀測(cè)架都獨(dú)立安裝數(shù)據(jù)采集器和筆記本電腦。綜上所述，本發(fā)明上述實(shí)施例的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于包括豎直平行設(shè)置的氣象塔、熱線支架與數(shù)十個(gè)16m觀測(cè)架，在氣象塔上安裝有三維超聲風(fēng)速儀、粉塵儀、溫濕度計(jì)和輸沙強(qiáng)度探頭，在熱線支架上安裝有室外熱線風(fēng)速儀的熱線探頭，在16m觀測(cè)架上安裝有三維超聲風(fēng)速儀、粉塵儀、溫濕度計(jì)和輸沙強(qiáng)度探頭；氣象塔和數(shù)十個(gè)16m觀測(cè)架都分別獨(dú)立安裝有數(shù)據(jù)采集器，測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器通過(guò)數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器連接；熱線支架上的儀器通過(guò)數(shù)據(jù)線與筆記本電腦連接；可以對(duì)野外高雷諾數(shù)情況下風(fēng)速、粉塵濃度、輸沙強(qiáng)度和溫濕度等實(shí)施全方位實(shí)時(shí)同步高頻測(cè)量；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法捕獲高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)的缺陷，以實(shí)現(xiàn)三維、多因素和實(shí)時(shí)同步的優(yōu)點(diǎn)。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在干，包括豎直平行配合設(shè)置的氣象塔、熱線支架、以及多個(gè)觀測(cè)架，所述熱線支架靠近氣象塔設(shè)置，所述多個(gè)觀測(cè)架對(duì)稱分布在氣象塔與熱線支架形成區(qū)域的兩側(cè)；在所述氣象塔上，配合安裝有第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；在熱線支架上，配合安裝有熱線探頭組件；在每個(gè)觀測(cè)架上，配合安裝有第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)觀測(cè)架、氣象塔與熱線支架，在水平面上呈金字塔形排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，在所述多個(gè)觀測(cè)架中，每個(gè)觀測(cè)架為12-20m觀測(cè)架。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在干，所述第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器，位于所述數(shù)據(jù)采集器的上偵れ且水平并行安裝在氣象塔的橫向連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭，以及位于所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在氣象塔的橫向連接桿上的多個(gè)測(cè)量単元；所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，在所述多個(gè)測(cè)量單元中，每個(gè)測(cè)量単元包括位于氣象塔一側(cè)的三維超聲風(fēng)速儀、以及位于氣象塔另ー側(cè)的溫濕度計(jì)與粉塵儀；所述三維超聲風(fēng)速儀、溫濕度計(jì)及粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱線探頭組件，包括移動(dòng)終端，以及位于移動(dòng)終端的上方、且水平并行安裝在熱線支架的橫向連接桿上的多個(gè)熱線探頭；在每個(gè)橫向連接桿的兩端，安裝有位于熱線支架兩側(cè)的兩個(gè)熱線探頭；每個(gè)熱線探頭，分別與移動(dòng)終端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述移動(dòng)終端，至少包括筆記本電腦。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在干，所述第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器，包括數(shù)據(jù)采集器，位于所述數(shù)據(jù)采集器的上偵れ且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向連接桿上的多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭，以及位于所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭的上方、且水平并行安裝在觀測(cè)架的橫向連接桿上的多個(gè)測(cè)量単元；所述多個(gè)輸沙強(qiáng)度探頭及多個(gè)測(cè)量単元，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，在所述多個(gè)測(cè)量單元中，每個(gè)測(cè)量単元包括位于觀測(cè)架ー側(cè)的型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、以及位于觀測(cè)架另ー側(cè)的型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)與型號(hào)為AQ-IO的粉塵儀；所述型號(hào)為CAST3的三維超聲風(fēng)速儀、型號(hào)為HMP45C的溫濕度計(jì)及型號(hào)為AQ-10的粉塵儀，分別與數(shù)據(jù)采集器配合連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于連接相應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器與數(shù)據(jù)采集器或移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)線，以及用于為各用電設(shè)備供電的供電系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括豎直平行配合設(shè)置的氣象塔、熱線支架、以及多個(gè)觀測(cè)架，所述熱線支架靠近氣象塔設(shè)置，所述多個(gè)觀測(cè)架對(duì)稱分布在氣象塔與熱線支架形成區(qū)域的兩側(cè)；在所述氣象塔上，配合安裝有第一組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器；在熱線支架上，配合安裝有熱線探頭組件；在每個(gè)觀測(cè)架上，配合安裝有第二組測(cè)量用實(shí)驗(yàn)儀器。本發(fā)明所述風(fēng)沙流或沙塵暴環(huán)境下大氣邊界層湍流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高雷諾數(shù)壁湍流三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量、對(duì)風(fēng)沙流或沙塵暴流場(chǎng)特性進(jìn)行測(cè)量、以及將湍流測(cè)量與沙塵輸運(yùn)測(cè)量同步的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01W1/00GK102681030SQ20121016411
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者張靜紅, 梁軼瑞, 王國(guó)華, 薄天利, 鄭曉靜 申請(qǐng)人:蘭州大學(xué)