新一代pms粒子测量系统及应用

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JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICAL

Vol.14March** ,是进行人工增雨等外场试验和研究的重要手段。:粒子测量系统人工增雨外场试验引PMS2070年代后期开始在世界各地逐步广泛采用的云微物理观测仪器。中国气象科学研究院人工影响天气研究中心于1981年开始引进这一,并逐步运用到一些省份的外场试验中取得了很多有价值的云微物理资料[1。国家攻关课题的外场试验中得到了很好的应用[2]。但是,由于使用时间较长,该套系统,,2002年从国外PMS,整套系统无论从硬件还是软件上都有了非常大的改进,已经完全实现了计算机控制,甚至在条件允许时,可以进行全自动的工作。1是整套系统的硬件设备结构简图。,另外还包括一些其他的设备(1)4个大气粒子采样0.10～6200μm,,从而能够对*本文由国家科技攻关项目(962908207201应用应用气象学14刘卫国等:刘卫国等:PMS1PMSPMSPMS,并通过数据电缆与机舱内的数据采集系统相连。飞行探测时,各探头所采集的原始数据经由电缆传送给舱PCASPPassiveCavityAerosolSpectrometerProbe,该探头用于大气中,,0.10～300μm,15,002μm(在最小的测量通道上,每秒钟的采样体积为1cm3,并可根据高度变化在0.5～1.5cm3之间调整。PCASP2100X,600μm,光下形成中心强度非常稳定的光束(150μm),以便精确的区分粒子。在探头内,,,根据散射光与粒子尺寸之间的函数关系获得所测粒子的尺寸,然后将其归入相应的测量通道中并计数,最后粒子的尺寸及数目等信息经二进制编码后传送给数据采集系统进行处理。)FSSP21002ER探头主要用于测量云粒,1～95μm,分通道(1),1(3),0.310mm2,20～125m/s的

1FSSP21002ER各量程范围和测量范围每通道间隔06132231FSSP21002ER5mW,0.220mm,二进制代码的形式输出到数据采集系统,这一点和PCASP2100X探头基本相同。FSSP21002ER的采样区在探头前方中部的采样管中(参见图1中FSSP探头的示意图),,,,,强度,由此产生的边缘效应会造成测量的误差,主要表现在小粒子计数偏多,大粒子计数偏少。为减少这种误差,探头内部系统采用了一种边缘拒绝机制,在这种机制作用下,探头采样时会有一定的接受率(AcceptanceRatio),即并非全部通过采样区的粒子都被记录,,,实际上也就相当于在整个采样区中划出一个有效采样区,在这个有效采样区中激光束是均匀稳定的。FSSP21002ER62%,总采样面积为0.499mm2二者的乘积即为有效采样面积,在进行资料分析时应当使用有效采样面积。OAPOpticalArrayGreyProbe,2DGA2,该探头主要用来,度为10～100m/s的粒子。,2mW,5mW的激光管。,,,阴影经过光学系统传送并放大后投射到一组由64,从而形成粒子的一个影像切片并被存储在缓冲区中;,在这段时间内会形成很多的影像切片(4Mz),将所有这些切片组合64,25m,通过计算被阴影遮挡的元件数可得到粒子的尺寸大小;光敏元件被遮挡与否的量化标准定为50%,,这样也从一定程度上过滤掉了,,其各部,(arkes),为此系统将图像划3种不同的灰度等级(2以供计算机在屏幕上显示,这样就可以从二维图像上得到更多的有关该粒子形态的信息,在探头的随机存储器RAM),并最终传送给数据采集系统,传送的时机由数据采

2OAP22D2GA2图像灰度等级划 >>>>>>100～6200μm100μm10～100ms它所获取的粒子图像的灰度等级划分与OAP22D2GA2探头相同(见表2)。2. 1GPS,不再详细介绍。热线含水量仪(ModelKLWC25),它将其前端的能量来维持感应线圈的恒定温度,这些消耗的能量与撞击水滴的质量之间是具有某种函数关系的,利用这种关系经过换算即可得出含水量值。热线含水量仪的正常测量范围为0～5g/m3,响应时间为0.05s,它要求飞机的飞行速度在60～100m/s范围内。PMSPMS,PMS,M300进行管理。另外数据采集系统还包括一个模数转换)3. 数据采集系统的硬件设备由计算机和数模转换器组成。数模转换器功能简单,,32,PIII850MHz512M,除常见的光4,GPS,一个与数模转换器相连,所有的探测数据都通过这些数据接口板传送给计算机进行处理分析。,计算机还安装了一个JAZ,2G容量的JAZ,,可将机内硬盘的资料备份到JAZ,以防止数据的3. 软件系统肩负着非常重要的任务,,对PMS3.2. QNX我们以前采用的DOS,,如不支持大内存、不支持多任虽然是流行的操作系统,但它只是一种通用操作系统,在实时性和稳定性要求很强的场,它过于庞大和复杂了。QNX实时操作系统是加拿大QNX,QNX目前的最新版本QNX6,QNX4,这是目前使用最广泛的一个版本。QNX系统是一个类UNIX,PhotonWindows,对一,QNXTCP/IP,能够很好的支持各种网络功能,例如通过TCP/IPFTP协议我们可以在QNX系统与Windows系统之间轻松实现数据资料的共享和传输。QNX3.2. M300M300Model300DataAcquisitionSystem,是一个实时的、支持多任务的、高性能的软件包。M300就像我们常见的Windows下的应用程序一样具有图形用户界面,它运行在QNX的Photon环境下,操作非常简便。概括来说,M300主要由一个唯一的主控制窗口(见图2)和若干数据显示窗口(见图3),,,也可以自由地增加或删除数据显示窗口。通过M300,我们不但可以进行数据的实数据进行处理,也可以将其中某个时间段的数据单独提取出来然后进行特别的处理。此,M300主控窗口还支持数据的网络播放,即把本机上的数据广播到其所在的网络上,使网络上安装有M300系统的不同计算机都能进行数据的回放和分析,而无需事先将数,M300,我们可以自由地定制窗口的数目、窗口属头的采样数据也可以在多个不同的窗口中以不同的形式显示,所有这些窗口在运行时互M300是一种表驱动(table2driven,M300对数据的试验目的和要求来定制不同的采样方案,从而使系统具有很强的灵活性。2M3003M300,,M300默认将其存储为二进制码的原始数据文件,也可以根据要求同时将实时处理的数据结果存为有格式的文本文件,这样在飞行后,我们可以直接调看刚才飞行探测的数据,非常方便。4. 从理论上讲,在一定条件下,于适当时机在云体的适当部位进行催化作业,可以促使,,这也得到了实验的证实[3～4],但是由于云体的复杂多变等因素,单凭地面上的一些观测手段所得到的信息很难准确的确定云,,这对催化决策的准确性造成很大影响。新一代机载度等重要数据同时显示在计算机的屏幕上,从而可以使我们及时判断当时云的微物理结,PMS粒子测量系统的应用对于提高催化决策的准确性,加强人工增雨作业的科学性起到了很大作用。表3列出3新一代机载PMS 温度,气压,高度,空 各类粒子的直径数浓度总浓度,液态含水量(含计算和实测 4. 云物理学是现代人工影响天气的科学基础,而研究云中粒子形成和增长的物理过程的云微物理学是云物理学的一个重要分支。机载MS系统作为云微物理观测的重要仪,],丰富了我们对云物理学的研究。系的多尺度结构特征及云系中不同部位上的降水物理过程,为确定科学的人工增雨实时 人员,使他们在飞行试验时有更多的精力查看和分析屏幕上显示的测量数据以及观察并游来光.利用粒子测量系统研究云物理过程和人工增雨条件.见:游景炎,段英,游来光主编.云降水物理和人工增雨技术研究.北京:气象出版社,1994.236. 刘卫国,李淑日,马培民,等.PMS粒子测量系统实时处理显示技术系统的研制.应用气象学报200112(增刊):169～172.章澄昌.人工影响天气概论.北京:气象出版社,1992黄美元,徐华英.云和降水物理.北京:气象出版社,1999.218～231AIRBORNEPARTICLEMEASURINGSYSTEMLiuWeiguo1) Su Wang Li1)(SchoolofPhysics,PekingUniversity,Beijing2)(ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,BeijingThestructure,software,functionandtheoryofthenew2generationairborneparticlemeasuringsystem,aswellasitsapplicationinweathermodification,a