大气成分观测业务规范--(征求意见稿).doc

大气成分观测业务规范（征求意见稿）中国气象局综合观测司（2011年5月）89前 言20世纪80年代以来，我国先后建成了上甸子、临安、龙凤山三个区域大气本底观测站和瓦里关全球大气本底基准观象台。2004年开始，启动了香格里拉、阿克达拉和金沙3个新建区域大气本底站的科学论证、试验、建设等工作。从2001年开始，通过实施沙尘暴监测预警服务系统一期工程，建立了基本覆盖沙尘暴源区、主要移动路径、严重影响区的沙尘暴监测站网。从2005年开始，在已建的大气本底观测站网和沙尘暴站网基础上, 又拓展建立了大气成分骨干观测网，在关键和典型地区初步建成了中国气象局大气成分观测站网。同时，部分地区根据当地气象服务的需要，开展了与大气成分观测相关的环境气象观测工作。随着我国应对气候变化和各地气象服务工作的深入，对大气成分观测的需求不断增加，观测内容和要求也不断完善，亟需制订相应的观测规范来规范和指导大气成分观测工作。因此，从2010年开始，中国气象局综合观测司组织气科院、探测中心开展大气成分观测业务规范的编制工作，目前已经形成征求意见稿。本规范秉承世界气象组织全球大气监测观测指南（Global Atmosphere Watch Measurements Guide）的基本要求，依托多年来形成的大气成分观测业务流程，在吸收现有大气成分观测业务管理和技术手册的精髓基础上，进行了完善和提升，同时也考虑了因地方气象服务需要而开展的观测要求。因此，本规范不仅适用于中国气象局统一布局的大气本底、沙尘暴和大气成分等观测工作，也适用于各地根据地方气象服务需求开展的大气成分相关观测工作，以及相关的科学研究试验观测工作。本规范规定了大气成分观测的基本任务、观测方法、技术要求以及观测记录的处理方法；各种观测仪器的具体安装、操作和维护以及业务软件的具体使用方法由相应的使用手册进行规定，并成为本规范的重要补充。本规范由张晓春同志主持编写，陈永清、靳军莉、张宇、汤洁、孙俊英、徐晓斌、周凌晞、郑向东、车慧正、林伟立、周怀刚、马千里、李菲、耿福海、乜虹、何芳、云艳等同志参加编写。目 录前 言I第一编 总则1第1章 观测组织工作11.1 观测业务的分类、观测方式11.1.1 观测站分类11.1.2 观测方式21.1.3 观测任务21.2 观测项目21.2.1 国务院气象主管机构规定的观测项目21.2.2按省、地、县级气象主管机构自行规定的观测项目31.3 观测程序41.3.1 自动观测方式41.3.2 人工观测41.4 时制、日界和对时41.4.1 时制41.4.2 日界41.4.3 对时41.5 大气成分观测员5第2章 大气成分观测场址62.1 基本要求62.2 技术要求62.2.1 观测场62.2.2 观测室72.3 仪器布设原则82.3.1 室外观测仪器布设82.3.2 室内仪器布设82.4 站址变动要求9第3章 观测仪器93.1 一要求93.2 主要仪器基本技术性能指标103.2.1 气溶胶类观测仪器103.2.2 温室气体类观测仪器103.2.3 反应性气体类观测仪器113.2.4 臭氧总量观测仪器113.2.5 辐射观测仪器123.2.6 酸雨及降水化学观测仪器123.3 维护、检修和标校职责分工12第二编 大气成分观测14第4章 气溶胶类观测144.1 概述144.2 气溶胶吸收特性观测154.2.1 基本原理154.2.2 仪器的安装、使用和维护164.3 气溶胶质量浓度174.3.1 基本原理174.3.2 仪器的安装、使用和维护184.4 气溶胶光学厚度204.4.1 基本原理204.4.2 仪器的安装、使用和维护214.5 气溶胶散射特性224.5.1 基本原理224.5.2 仪器的安装、使用和维护244.6 气溶胶膜采样254.6.1 基本原理254.6.2 仪器的安装、使用和维护26第5章 温室气体类观测275.1 概述275.2 碳循环温室气体样品采样275.2.1 基本原理275.2.2 仪器的安装、使用和维护285.3 CO2本底浓度观测：非色散红外分析285.3.1 基本原理295.3.2 仪器的安装、使用和维护295.4 CH4/CO2浓度观测：气相色谱法-FID305.4.1 基本原理305.4.2 仪器的安装、使用和维护305.5 CO/CH4/N2O/SF6浓度观测：气相色谱法-FID/ECD315.5.1 基本原理315.5.2 仪器的安装、使用和维护315.6 CO2/CH4浓度观测：波长扫描光腔衰荡光谱技术（WS-CRDS）/离轴积分腔输出光谱技术（OA-ICOS）325.6.1 基本原理325.6.2 仪器的安装、使用和维护325.7 碳循环温室气体标准气配制系统335.7.1 基本原理335.7.2 仪器的安装、使用和维护33第6章 反应性气体类观测356.1 概述356.2 一氧化碳：非色散红外气体过滤相关法356.2.1 基本原理366.2.2 仪器的安装、使用和维护366.3 二氧化硫：紫外荧光法376.3.1 基本原理386.3.2 仪器的安装、使用和维护386.4 氮氧化物：化学发光法396.4.1 基本原理396.4.2 仪器的安装、使用和维护406.5 地面臭氧：紫外光度法416.5.1 基本原理416.5.2 仪器的安装、使用和维护41第7章 臭氧总量观测437.1 概述437.2 观测原理437.3 仪器的安装、使用和维护44第8章 辐射观测46第9章 酸雨及降水化学观测47第三编 观测数据采集、传输与质量控制48第10章 观测数据采集与传输4810.1 数据采集方式4810.1.1 自动采集方式4810.1.2手动采集方式4910.2 观测数据格式及编码4910.3 数据传输与监视49第11章 数据存档、使用与管理5111.1 数据存档5111.2 数据使用与管理51第12章 观测质量保证与质量控制5212.1质量保证5212.2 数据质量控制52第13章 数据采集与传输业务软件功能5313.1沙尘暴站网业务软件系统5313.1.1 数据采集软件5313.1.2 数据集成软件5313.2 大气成分站网业务软件系统5413.2.1 前端下载软件5413.2.2 数据采集软件5513.2.3 质控信息采集软件5513.2.4 传输软件55第一编 总则第1章 观测组织工作大气成分观测是综合气象观测的组成部分，是对一定范围内大气化学成分和相关物理特性及变化过程进行长期、稳定、持续的观察和测定，为研究大气成分变化对天气、气候以及人体健康的影响等提供可靠的基础资料。大气成分观测是每个大气成分观测站的基本工作任务，必须严肃、认真、负责地做好。本规范是从事大气成分观测工作的业务规则和技术规定，观测工作中必须严格遵守。大气成分观测仪器和业务软件的操作手册、技术规定等是对本规范的必要补充，编制时必须以本规范为依据，其内容不得与本规范相违背。大气成分观测人员在认真贯彻执行本规范的同时，也要熟练掌握大气成分观测仪器和业务软件的技术、操作手册中的有关内容，确保正确顺利地完成大气成分观测任务。本规范的制定、修改和解释权属国务院气象主管机构。1.1 观测业务的分类、观测方式1.1.1 观测站分类大气成分观测业务可分为大气成分本底观测业务、大气成分基本观测业务和环境气象观测业务三类。大气成分本底观测业务为长期稳定地获取全球和国家重点区域大气成分本底变化基础数据资料而设置的观测业务。主要包括全球大气本底站、区域大气本底站。大气成分基本观测业务为获取反映典型区域或代表性地区经济发展和人类活动导致的大气成分及其物理、化学特性的变化和趋势而设置的观测业务。主要包括由中国气象局统一布局的沙尘暴和大气成分观测站。环境气象观测业务指由各地方气象部门为了满足当地气象服务需求而开展的与大气成分相关的观测业务。1.1.2 观测方式大气成分观测可分为人工观测（采样）和自动观测两种方式。其中，人工观测（采样）方式主要包括各类大气成分样品的采集、观测等。自动观测方式主要包括各类大气成分在线观测。1.1.3 观测任务大气成分观测工作的基本任务是观测，数据及相关信息（样品）的采集与记录，数据的存储、传输和数据质量控制，仪器设备维护、检修与标校等。为积累大气成分观测资料，按有关技术规定和要求进行观测。自动观测项目每天24小时连续观测；人工观测和采样项目按有关技术规定和要求进行。大气成分观测资料及相关信息按规定的时次和数据格式进行采集、上传、存储、备份及归档。按有关要求统计整理观测记录，进行数据质量检查和数据质量控制。对人工采集的各类样品及相关信息等按有关规定和技术要求进行妥善保存，并按规定寄送。按有关技术要求和规定进行观测仪器设备的日常巡检、常规维护、检修和标校。按有关规定和要求，记录与观测业务相关的各种事件和活动，编发台站数据质量控制信息记录报告。承担国务院气象主管机构或省级气象主管机构规定开展的相关观测。1.2 观测项目1.2.1 国务院气象主管机构规定的观测项目根据世界气象组织全球大气监测观测指南，结合我国大气成分观测业务的实际，大气本底观测、大气成分基本观测、环境气象观测以及实验室样品分析等业务主要开展的观测要素见表1。表 1. 大气成分主要观测要素1.2.2 省、地、县级气象主管机构规定的观测项目 由省、地、县级气象主管机构根据需要自定。1.3 观测程序1.3.1 自动观测方式每日上午、下午应至少对观测场和仪器设备各进行一次巡检，记录相关检查结果。具体要求和时间参照值班制度由各站自定，但站内必须统一；通过数据采集程序、运行监控或数据显示程序检查仪器设备的数据采集是否完整，各类数据或信息文件传输是否正常，相关要素变化特征是处于正常变化范围等；按照各观测项目技术规程和技术手册按时完成观测仪器的日常巡检、常规维护、检修和标校，发现异常或故障时及时处理。按照各类要素数据传输时效要求完成观测数据的采集、存贮和发送。1.3.2 人工观测一般应在采样前24小时对人工采样、观测设备进行检查，尤其是要注意采样器的充电是否正常，采样瓶或采样膜有无破损等；按有关技术要求完成样品的采集；对因天气或其他原因未完成观测或采样的，应及时补测或补采，并进行记录；按规定详细记录观测站数据质量控制信息；每日世界时00:30之前，完成前一日数据质量控制信息记录的录入、核对及存贮；观测程序的具体安排，台站可根据观测项目具体要求而确定，但全站的观测程序必须统一，并且尽量少变动。1.4 时制、日界和对时1.4.1 时制除地面气象要素和特殊要求外，观测项目均采用世界时。1.4.2 日界大气成分观测项目均采用世界时00时为日界。1.4.3 对时台站观测时钟采用世界时。每日世界时11时前应检查仪器及计算机时间，必要时进行调整，以使观测仪器、计算机时间与标准时间之间的偏差符合相关技术要求和规定的误差。1.5 大气成分观测员应经过系统业务技术培训，取得省级或以上业务主管部门认定的大气成分观测业务岗位资格。 应熟练掌握大气成分观测技术，严守观测值班纪律，关注测站及周边可能对大气成分观测产生影响的活动，坚持实事求是，不得涂改、伪造观测记录，积极、认真地按本规范的要求完成观测任务。 负责观测仪器和场地的日常巡检、常规维护、检修和标校等，时刻保持仪器和场地处于良好状态。在观测仪器设备出现异常或故障时，应及时报告并采取有效措施，尽快恢复观测。在每次观测时，要及时、认真地填写观测记录和向微机终端输入人工观测、采样以及台站数据质量控制信息等记录，并应按规定的数据格式和编码规定按时发送观测数据，进行资料整理和编制报表。 应积极参加业务主管部门组织的专项业务技术进修培训，不断掌握新的观测业务技术知识和新仪器的使用维护方法。 应积极参加业务主管部门定期组织的考核。 第2章 大气成分观测场址2.1 基本要求大气成分观测站址应设在能较好地反映区域性较大范围大气成分特征及其变化特点的地方，避免局部地形的影响，应避开地方性雾、烟等大气污染局地影响。应位于当地海拔的一个相对高地。在大范围较平坦地表设立的观测站，应选择高大建筑物或通过架高观测平台，使观测的结果尽可能多的代表较大范围或区域大气的平均状况。观测平台应高出周围障碍物（例如树木、高草、灌木等），观测平台四周应尽量空旷平坦，避免陡坡、洼地或邻近有铁路、公路、工矿、烟囱、高大建筑物的地方。大气成分观测系统如果建设在已有的气象站观测区域内时，应布设在上风方，以避免其他观测项目开展时，观测人员开展观测活动对大气成分观测的影响。具备稳压供电、雷电防护、交通、通讯及数据传输、观测队伍等基础及配套条件。观测站址选择参照气象行业标准大气成分观测站址选择执行。2.2 技术要求2.2.1 观测场 大气成分本底观测站和大气成分基本观测站的气象观测场要求参照地面观测规范执行。大气成分本底观测站应拥有自主产权或长期使用权的观测场地，并具有良好的观测环境保护区（核心保护区和外围保护区）、设施和保护措施。大气本底观测站和大气成分基本观测站观测场地应远离树木、建筑物、墙或其它障碍物。观测仪器以及其他设备设施应互不干扰。对于采样口类型观测项目环境要求为采样口空间水平范围大于120度没有遮挡物且高于最低下垫1.5米以上，所测量的要素特征值要具有代表性。观测场内根据大气成分观测仪器布设位置和线缆铺设需要，在场内小路下修建电缆沟(管)，电缆沟（管）应做到防水、防鼠，便于维护。观测场、观测平台等供电线路及相应的配电设施应具有较好的防风、防水、防老化等性能。环境气象观测站的观测场中开展大气成分辅助气象观测，可根据开展观测需求而适当放宽观测场要求。观测场的防雷设施必须符合气象行业规定的防雷技术标准的要求。2.2.2 观测室 根据开展观测项目的实际情况，可选择房间或者集装箱作为观测室。大气成分基本观测室和环境气象观测室的面积，应视具体观测项目而定，并预留仪器检修、标校等活动空间。观测室内地面、墙壁、顶棚均采用不易起尘的材料装饰。屋顶应具有一定的承重能力，以便仪器安装和维护；室内不能有强震动、强电磁辐射的设备，环境应清洁、通风、整齐、防潮，不起尘。观测室内要求恒温，温度变化要小，一般为253，湿度控制在60%以下。冬季取暖只能采用空调或电暖气设备，禁止使用煤（柴）炉。在观测室顶部及侧壁的适当位置应预留直径为5-10厘米的孔洞（需要根据具体观测项目情况而定），以便于仪器采样管和信号线引入室内。观测室墙壁下部适当位置需要设有排气口，排气口外接有排气管路，管路中部设有排气扇将管内气体抽出，排气管路的出气口与观测仪器的进气口水平距离应在10米以上，排气口离站房内地面的距离应保持在20厘米以上，用于排放采样装置进气管路的多余气体和监测仪器的尾气。观测室应具有稳定的电力供应系统和设施，具有足够的设备运行载荷量。电线、电路以及相应电气设备的架设需要合电力部门要求，具有良好接地和地网（阻值小于4欧姆）。观测室内供电质量要求可靠，应配备具有稳压过滤功能的稳压电源和不间断电源，保证站内供电的电压波动不超过5%。如供电指标达不到要求，则应安装多级稳压设备。站内实验室仪器用电、生活照明用电和观测场用电的线路要各自独立分开，避免互相干扰，并兼顾三相平衡。观测室内应设有可靠通讯电话，可实现省内、国内的直拨；观测室内应具有可靠的数据传输线路，具备数据传输和接入Internet的能力，室内应至少具有2个网络端口。根据中华人民共和国气象行业标准气象台(站) 防雷技术规范(QX4-2000) 的有关要求，观测站的防雷等级为最高级。直流地、保护地和防雷保护地的接地电阻应按照国家有关标准实施。2.3 仪器布设原则2.3.1 室外观测仪器布设观测场内仪器布设，应参照地面观测规范中的有关要求。温室气体气瓶、罐采样，宜在室外进行，采样点应选在四周宽阔无遮挡、无污染的上风方向，避开局地污染。能见度仪安装在观测场内东侧或西侧，仪器中心轴线向南、北向至少各3米范围内下垫面无遮挡和强反射体。气溶胶光学厚度观测仪器宜安装在观测室顶部或观测场内，四周视野开阔，5度视角以上无遮挡。气溶胶化学膜采样设备一般安装在观测室顶部或观测场内。降水化学的自动降水采样器安装在观测场内，安装布设要求参见地面观测规范。2.3.2 室内仪器布设仪器可摆放于平整、稳固、耐磨的桌面上，仪器间距离宜大于50厘米，仪器背部距墙体距离宜大于50厘米，以便于仪器设备的检修。气溶胶类观测仪器设备进气管路宜位于仪器正上方，保持垂直。采样管应伸出观测室并避免盘绕和弯折，观测室屋顶开孔处应进行防水和密封处理。气溶胶质量浓度、吸收特性、散射特性观测仪器进气口应高于观测室屋顶1.2-1.5米，温室气体观测仪器设备专用采样管进气口距地面高度宜高于30米，一般需要一个小塔。反应性气体一般安装于专用机柜内，机柜周边宜留有至少1米范围用于操作和检修。反应性气体进气管路应布置在房间角落或墙边，安放牢固，且易于清洗，仪器废气宜通过专用管线排到室外下风方向。反应性气体设备采用共线式进气系统，进气口高度应高于观测室屋顶1.5米。标准气钢瓶应加装安全防护带，可以采用气瓶架或者用一端固定在墙上的铁链捆绑钢瓶，防止歪倒。气溶胶激光雷达安装在专用观测房内，垂直空域内无遮挡和固定飞机航线。室内装有空调时，应注意避免直吹仪器，中央空调的出风口不可在仪器正上方。2.4 站址变动要求大气成分本底观测站和大气成分基本观测站的站址变动，由国务院气象主管机构审批。环境气象观测站站址变动由省级气象主管机构审批。第3章 观测仪器3.1要求具有国务院气象主管机构业务主管部门颁发的使用许可证，或经气象主管机构业务主管部门认可使用的仪器；技术性能指标满足业务要求；具有较好的软、硬件集成性能，仪器结构简单、牢靠耐用，具有较好的稳定性、抗震性，适合自动观测。具有较好的防雷、防静电、抗干扰、防腐蚀、防水以及可维护性；具有RS232等数字信号的输出端口，系统有数据自检、诊断功能。操作和维护方便，具有详细的操作、技术手册；易于维护、检修，能维持长时间连续运行；具有完备的售后服务支持，稳定的耗材、配件备件等供应渠道；具有较高可靠性、准确性，能够获取准确的观测数据；具有成熟的标校、数据订正处理、数据质量控制等措施和方法，能够确保观测数据的质量。3.2技术性能指标 大气成分观测仪器设备的基本技术性能应符合以下要求，部分仪器设备的技术性能指标参见附件一。3.2.1 气溶胶类观测仪器测量要素测量范围灵敏度测量精度平均时间吸收特性01,000,000ng/m35.0X105个/cm3）5min3.2.2 温室气体类观测仪器测量要素测量范围灵敏度测量精度平均时间便携采样器010升/分CO2红外分析法01,000ppm0.15ppm/v0.1ppm1minCH4/CO2气相色谱法01,000ppm0.1ppm波长扫描光腔衰荡光谱技术(5 sec / 5 min, 1-)CH4: 1 ppbv / 0.7 ppbvCO2: 150 ppbv / 10ppm 1% FS0.02ppm（30s） 0.04ppm60s（30s时间）200ppb1.0ppb 1% FS 0.5 ppb不大于 1 ppb 4分200ppb 0.5 ppb 1% FS0.25ppb（60s） 1 ppb90s（60s时间）200ppb 2 ppb 1 ppb 1 ppb 2 ppb 20秒 0.5% FS/月 1% FS /月3.2.4 臭氧总量观测仪器臭氧总量观测仪器的主要性能技术指标如下所示：名称性能指标分 光 光 度 计紫外运行波长306.3纳米、310.0纳米、313.5纳米、316.8纳米、320.0纳米汞灯标定波长303.2纳米分辨率0.6稳定度0.1纳米精度0.0060.002纳米测量范围290-340纳米出射狭缝周期0.2294秒/缝/周1.6秒/周期测量准确度1%（对于直接射光）运行温度-2040天顶步进马达分辨率0.13度24小时准确度0.25度角度范围0270度水 平跟踪器分辨率0.02度24小时准确度0.2度最大回转率3.91度/秒最大角度偏移-60420度最大静转动力矩14.9牛顿米运行温度-20403.2.5 辐射观测仪器WMO地基辐射基准站网测量的有关不确定度指标如下：BSRN测量不确定度量 值1991*1997指标*2004指标直射太阳辐照度1%或2 Wm-20.5%或1.5Wm-2散射辐射10 Wm-24%或5 Wm-22%或5 Wm-2总日射15 Wm-22%或5 Wm-22%或5 Wm-2反射太阳辐射15 Wm-25%3%向下的红外辐射30 Wm-25%或10 Wm-22%或3 Wm-2向上的红外辐射30 Wm-25%或10 Wm-22%或3 Wm-2*从WCRP-541991年5月*从WCRP-641991年11月根据现有研究评估3.2.6 酸雨及降水化学观测仪器名称测量范围精度高精度天平0200g0.0001g精密电子秤03000g0.2gpH仪014 0.02电导率仪020000Scm-1 1.0% 3.3 维护、检修和标校职责分工仪器设备应按要求定期进行维护、检修和标校。不能使用未经检定、超过检定周期或检定不合格的仪器设备。仪器维护、检修和标校后要进行详细记录，并存档备案。在仪器出现异常或故障时，应按以下流程进行处理。观测台站、省级部门、国家级部门的职责分工如下：测wf 观测台站负责对异常情况进行初步检查与诊断；配合上级部门对故障情况进行处理。在故障出现后，对能够自行排除解决的异常应及时处理，并记录有关情况。对不能自行排除或在24小时内无法排除的故障，应在异常出现后48小时内向上级部门报告。在接到修复后的仪器设备24小时内，应及时组织观测人员恢复运行。省级部门在接到故障报告后12小时内进行处理；对能够自行排除的故障，应在接到报告后24小时内排除，记录有关情况，并向国家级部门报送检修报告。对不能自行排除或在24小时内无法排除的故障，应在接到报告后48小时内向上级部门报告。同时，督促台站在接到修复仪器后及时恢复运行，并对仪器设备恢复运行情况等进行检查。国家级部门在接到故障报告后24小时内进行处理；对48小时内无法排除的故障，应向省级部门提供答复或解决方案。故障排除后24小时内，填写检修报告，并向省级部门反馈。第二编 大气成分观测大气成观测主要包括气溶胶、温室气体、反应性气体、臭氧总量、辐射、酸雨和降水化学等部分。其中有关辐射和地面气象要素观测等内容参见地面气象观测规范，酸雨观测内容见酸雨观测规范。第4章 气溶胶类观测4.1 概述气溶胶一词的严格含义是指悬浮在气体中的固体和(或)液体微粒与气体载体共同组成的多相体系。相应地，大气气溶胶是指悬浮在大气中粒径大小在0.01100微米之间的固态和液态微粒共同组成的多相体系。通常将大气中悬浮的固态或液态微粒称为气溶胶。大气气溶胶主要包括了六大类七种气溶胶粒子：沙尘气溶胶、碳气溶胶（无机碳和有机碳气溶胶）、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶和海盐气溶胶。气溶胶的自然来源有风蚀产生的矿物粉尘、海浪飞沫溅射产生的海盐粒子、生物源和火山喷发物等，这些自然来源气溶胶释放量变化通常较小；人为源的气溶胶主要包括了工业过程、化石燃料燃烧、生物燃料燃烧和敞开燃烧产生和大气气体污染物的气-粒转化产生的二次气溶胶颗粒物等，其中包括光化学反应产生的二次气溶胶。气溶胶的汇包括干沉降和湿沉降。气溶胶物理特性分别由气溶胶粒径、质量浓度等表示。根据粒径大小不同学科有不同分类法，在大气科学领域气溶胶粒径可分为3类：直径0.0 5m的为爱根核(核模态)；0.05m 直径2m为巨核(粗模态)。环境部门按粒径分成4类：总悬浮颗粒物(TSP)， 绝大多数粒径在100m以下，多数在10m以下； 可吸入颗粒物，亦称飘尘，粒径在10m以下； 细粒子，粒径在2.5m以下；粗粒子，粒径在2.510m之间。根据气溶胶化学特性分为有机和无机，无机中又可分为水溶性成分(离子)、非水溶性成分等等。表征大气气溶胶特性的关键参数包括：气溶胶的物理特性、化学特性、光学和辐射特性等。关键物理特性主要包括了气溶胶的质量浓度和数浓度、不同粒级的粒度分布、气溶胶单颗粒的形态等。化学特性则主要是气溶胶的元素和矿物组成，不同种类气溶胶的化学组成。关键光学特性则包括气溶胶粒子的吸收特性、散射特性、光学厚度等参数。目前可以用仪器在线分析气溶胶的物理特性，如气溶胶质量浓度、数浓度、粒子谱分布。通过质子激发X荧光法（PIXE）、XRF等方法可以定量测量气溶胶粒子的元素含量；通过X射线衍射分析法可以测量气溶胶主要是矿物气溶胶的矿物组成。气溶胶吸收特性的测量主要可以采用黑碳仪进行观测；浊度计可以用来测量气溶胶的散射特性。气溶胶粒子的光学特性可以用太阳光度计、天空辐射计等仪器进行观测。4.2 气溶胶吸收特性观测碳气溶胶分为黑碳（Black Carbon, BC，或称元素碳，Elemental Carbon, EC）和有机碳（Organic Carbon, OC）两类。BC和EC是通过不同的方法定义的同一种物质，BC是指光学法测得的吸光性含碳物质，而EC是指化学法获得的无机含碳物质。尽管它们的热、光、化学行为不完全一致，但人们通常将其通称为黑碳气溶胶。黑碳气溶胶是悬浮在大气中的黑色碳质颗粒物，由含碳物质不完全燃烧产生。黑碳气溶胶对光有强烈的吸收作用，是大气气溶胶中最主要的吸光物质。大气中黑碳气溶胶的存在影响地球系统的辐射平衡，进而直接影响气候；还可以作为云的凝结核影响云的形成及其微物理结构，通过改变云的辐射特性来间接影响全球环境和气候的变化。4.2.1 基本原理（1）光学衰减法其原理是通过实时测量石英滤纸带上收集的粒子对光的吸收造成的衰减，并假定透过滤膜的光衰减是由黑碳（BC）吸收造成的，由此根据连续测量透过滤膜的光衰减的变化计算出黑碳的浓度。（2）多角度吸收光度法依据光学吸收法测量沉积在采样膜上颗粒物光学衰减，根据单位时间内的光学衰减增量、累计采样体积、以及黑碳气溶胶的当量吸收系数，计算得到黑碳气溶胶的大气含量。并对沉积在滤膜上气溶胶样品的后向散射进行测量，根据后向散射的实际测量结果订正因散射造成的光学衰减，从而达到测量的气溶胶吸收特性的目的。4.2.2 仪器的安装、使用和维护（1）安装仪器安装于室内专用、稳固的工作台上。仪器四周应留有足够的空间，以便于仪器的散热和检修。采样管为具有导电性的专用管线。采样管的进气口位于室外，进气口距观测室顶部平台的高度应1.2m。如采样管口处没有安装防水过滤网，则应将采样管口向下弯折，避免雨水进入采样管内部。采样管的出气口，应联接到仪器的进气口处，并确保联接紧密。采样管不应盘绕和直角弯折，并应进行固定。仪器安装完成后，应进行检漏测试。（2）使用和维护工作任务主要内容相关要求1.仪器运行状况检查检查流量是否稳定流量为3-5升/分钟，偶然出现波动为正常采样管口清洁程度检查采样管口应通畅（管口朝下），如有堵塞请及时清洁泵的声音是否异常泵的声音较弱，无不正常噪音或声响 浓度范围检查屏幕示值应与近2-3天变化情况一致，如有波动，检查周边是否有污染活动异常信息显示检查屏幕上是否有仪器运行异常信息，如有应及时根据提示进行相应处理仪器异常指示灯正常情况下屏幕灯为绿色，如黄色灯亮，应检查仪器相关部件，如为红色灯，表示出现严重故障，需要及时采取有效措施检查采样斑点状态斑点色彩应均匀、斑点之间的间距一致，斑点间没有重叠检查滤带余量是否足够滤带余量应能满足24小时测量需要（50cm），不足时，应及时更换检查存贮介质容量数据存贮介质的容量应能满足24小时测量需要，不足时，应及时更换检查仪器及计算机时间与标准时间之偏差范为15秒，超出时，应及时调整2.数据采集与传输检查仪器数据采集情况采集软件能够正常采集仪器的观测数据检查小时数据生成情况能够生成小时数据文件检查数据传输情况能够在指定时间传输数据文件磁盘数据备份每10天对磁盘中数据进行备份3.系统维护采样管路清洁每8-12个月，清洁一次采样管路，或视当地污染情况及时清洁光桶清洁每6-8个月，清洁一次光桶，或视当地污染情况及时清洁更换过滤芯每3-6个月，更换一次过滤芯，或视当地污染情况及时更换系统检漏每3-6个月，对系统气路漏气检查，正常情况应无漏气仪器机箱内部清洁每6-10个月，清洁一次仪器内部，或视当地污染情况及时清洁4.3 气溶胶质量浓度颗粒物是大气污染物的重要组成部分，不同粒径的颗粒物反映了粒子来源及形成机制，在许多地球物理和地球化学的全球变化过程中扮演重要角色，影响到大气化学反应、云的形成、太阳对地球的辐射平衡以至气候变化和人体健康，而这些影响受颗粒物化学组成和粒径分布控制。燃烧源排放和成核作用形成的颗粒物粒径一般小于0.2微米；0.20.5微米之间的粒子主要由大气中氧化剂和气态有机物反应的生成物以及SO42-的二次气溶胶组成，对人体健康、大气能见度和酸沉降影响最大；在长距离的输送和成云过程中，0.21微米粒径段的颗粒物起主要作用。直接排入大气和机械产生的初级颗粒物是对粗粒子最大的贡献者，对人体健康影响最大的部分是PM10（Dp 10微米）；其中，PM2.5（Dp 1.2m。振荡天平法仪器的安装激光散射法仪器的安装根据测量需要，采样管进气口处应加装切割头。气路管线必须完全插入联接头，确保联接紧密，不会被拉出。环境温度传感器应安装在防水管内，并安装在室外合适位置。在安装分流头时，应将它牢固地安装在分流器内管的顶端，分流头的顶端到外管开口的距离应为15.5cm。 采样管进气口处，应加装TSP防水帽。除湿管应垂直安装于仪器进气口，确保联接紧密，不漏气。 温湿传感器应安装在室外延长管上，安装温湿传感器的防辐射罩应低于采样口约50cm. 仪器安装完成后，应进行检漏测试。（2）使用和维护振荡天平法的仪器设备：工作任务主要内容相关要求1.检查仪器运行状况采样管口切割头清洁程度检查采样管口切割头处应清洁无杂物，如有堵塞请及时清洁检查状态码正常为OK 检查流量主流量(Main flow) 10.12 l/m ，辅流量（Aux flow）15.670.50 l/m检查屏幕显示浓度范围屏幕示值应与近2-3天变化情况一致，如有波动，检查周边是否有污染活动；是否出现负值检查滤膜负载率负载率超过30%需更换泵的声音是否异常泵的声音较弱，无不正常噪音或声响 检查仪器及计算机时间与标准时间之偏差范为15秒，超出时，应及时调整2.数据采集与传输情况检查仪器数据采集情况采集软件能够正常采集仪器的观测数据检查小时数据生成情况能够生成小时数据文件检查数据传输情况能够在指定时间传输数据文件3.系统维护清洁切割头每3-6个月，清洁一次切割头，或视当地污染情况及时更换更换气水分离器滤芯每3-6个月，检查气水分离器，堵塞需更换清洁进气管路每6-8个月，清洁一次采样管路，或视当地污染情况及时清洁更换在线大过滤器每3-6个月，更换一次过滤器，或视当地污染情况及时更换更换滤膜膜负载率达到30%时应及时更换4.仪器校准仪器设备的定期校准每3-6个月，对仪器进行流量校准激光散射法的仪器设备：工作任务主要内容相关要求1.仪器运行状况检查检查流量是否稳定流量为1.2升/分钟，偶然出现波动为正常采样管口切割头清洁程度检查采样管口切割头处应清洁无杂物，如有堵塞请及时清洁泵的声音是否异常泵的声音较弱，无不正常噪音或声响 浓度范围检查屏幕示值应与近2-3天变化情况一致，如有波动，检查周边是否有污染活动异常信息显示检查屏幕上是否有仪器运行异常信息，如有应及时根据提示进行相应处理仪器异常指示灯正常情况下屏幕灯为绿色，如黄色灯亮，应检查仪器相关部件，如为红色灯，表示出现严重故障，需要及时采取有效措施除湿泵真空压力检查每3小时仪器由待机状态转为运行状态时，可以检查除湿泵真空压力，正常压力范围为40-60 psi采样瓶状况检查是否有水或杂质，如有，及时清洁采样管垂直度检查采样管应垂直，无较大倾斜防水杯检查防水杯内应干洁无水，如有水或水渍，表明采样管与屋顶联接处密封不好，需要及时处理检查仪器及计算机时间与标准时间之偏差范为15秒，超出时，应及时调整，或重新启动数据采集程序2.数据采集与传输检查仪器数据采集情况采集软件能够正常采集仪器的质量浓度和数浓度观测数据检查小时数据生成情况能够生成质量浓度和数浓度小时数据文件检查数据传输情况能够在指定时间传输数据文件3.系统维护采样管路清洁每8-12个月，清洁一次采样管路，或视当地污染情况及时清洁除湿管路清洁每8-12个月，清洁一次除湿管路，或视当地污染情况及时清洁，并检查除湿管两端联接情况，正常时应联接紧密光室清洁每8-12个月，清洁一次光室，或视当地污染情况及时清洁光阱清洁每10-12个月，清洁一次光阱，或视当地污染情况及时清洁凹面镜清洁每10-12个月，清洁一次凹面镜，或视当地污染情况及时清洁更换过滤芯每10-12个月，更换一次过滤芯，或视当地污染情况及时更换仪器机箱内部清洁每6-10个月，清洁一次仪器机箱内部，或视当地污染情况及时清洁零过滤膜检查每3-6个月，使用零过滤膜检查仪器测量状况，检查时仪器数浓度应小于10，如超出，检查各部位联接情况系统检漏每3-6个月，对系统气路漏气检查，正常情况应无漏气4.仪器校准仪器设备的定期校准在仪器运行10-12月时，应及时送成分中心进行校准4.4 气溶胶光学厚度大气气溶胶光学厚度的测量可反映气溶胶粒子对太阳辐射的消光作用。世界气象组织的全球大气观测网（WMO-GAW）将大气气溶胶光学厚度的观测作为基本观测项目，目的是对全球大气气溶胶的变化趋势进行长期观测，进而研究其对全球和局地气候变化的影响。同时气溶胶光学厚度的地基观测结果，也是对卫星光学遥感校准的一种重要的手段4.4.1 基本原理具有自动跟踪扫描功能的太阳光度计，在可见光至近红外波段有8个光谱通道，通过自动跟踪太阳，测量不同波长的太阳直接辐射，进而计算出气溶胶的光学厚度。仪器系统主要由光学及机械单元、控制单元、仪器支架及充电单元、数据采集及处理程序等部分构成。不仅能自动跟踪太阳进行太阳直接辐射测量，而且也可以进行太阳等高度角天空扫描、太阳主平面扫描和极化通道天空扫描等测量根据Bouguer 定律，地面测得的直射太阳辐射E（W/m2）在特定波长上：其中E0 是在一个天文单位（AU）距离上的大气外界的太阳辐照度，R 是测量时刻的日地距离（AU），m 是大气质量数， 为大气总的垂直光学厚度，Tg为吸收气体透过率。若仪器输出电压V 与E 成正比，则公式（1）可写成：其中V0 是定标常数，在大气相对稳定条件下，进行不同太阳天顶角情况下的太阳直射辐射测量，仪器输出电压V 是m 的函数，V0 是从一系列观测值外插到m为0 时的电压值V。由lnV+lnR2 与m画直线，直线的斜率就是垂直光学厚度-，截距就是太阳光度计在大气外界测得的电压信号V0，这就是常说的Langley法。大气总的消光光学厚度 由分子散射（Rayleigh）、气体吸收消光（如臭氧，水汽）和气溶胶散射三部分组成，其中Rayleigh 光学厚度r 由地面气压测值计算出来，在可见近红外波段气体吸收主要是臭氧和水汽的吸收。在没有气体吸收的通道，上式右边的第三项可以忽略，那么从总的光学厚度减去Rayleigh 光学厚度，气溶胶的光学厚度就可计算出来。4.4.2 仪器的安装、使用和维护（1）安装太阳光度计应安装于室外空旷、周边障碍物的高度小于5度的地方。仪器应稳固安装在专用支架上，并确保仪器光学传感器水平。联接好仪器各部件之间的电缆线，输入时间和测点的经纬度。根据仪器跟踪太阳情况，调整仪器位置，确保仪器能准确跟踪太阳。（2）使用和维护工作任务主要内容相关要求1.仪器运行状况跟踪太阳情况检查检查光点位置是否有偏离，如有偏离及时调整，以光斑正好落在进光筒下部的小孔里为好；机器人臂工作情况检查跟踪太阳、复位时是否到位，如偏差较多，需要及时检修检查光桶旋转情况查看光桶施转时有无信号线缠绕，如有，及时调整检查仪器水平