[发明专利]一种基于高塔的挥发性有机物在线垂直观测系统

说明书

本发明提供了一种基于高塔的挥发性有机物(VOCs)在线垂直观测系统，包括标气校准模块、塔体分层采样模块、地面不间断采样模块、VOCs地面监测模块和地面控制基站，各模块之间有机协作：以VOCs地面监测模块为核心，标气校准模块提供校准标气，塔体分层采样模块提供垂直梯度采样平台，地面不间断采样模块提供采样动力，地面控制基站实现对系统的控制与操作，将VOCs地面监测模块的运行信息进行收集与存储，并提供可视化显示。本发明能够获取大气边界层内各类VOCs组分浓度的高时间分辨率垂直梯度观测数据，为研究区域大气二次污染的形成机制提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及的是一种大气环境监测科学领域的技术，具体是一种基于高塔的挥发性有机物在线垂直观测系统。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是对流层大气中的重要痕量气体组分，多数VOCs组分具有显著的毒性、刺激性、致畸性和致癌性，能够对人体健康产生严重的负面影响。此外，VOCs能够参与各类大气化学反应(包括光化学反应、气相反应和非均相反应等)，是许多大气二次污染物(如气溶胶颗粒物和臭氧)的重要前提物，在区域大气污染的形成过程中扮演着重要角色，也是当前中国环境大气污染治理工作中重点关注的大气化学组分。

大气中的VOCs组分主要有两方面来源：局地排放和外部输送，其贡献结构在不同区域和不同气象条件下存在显著差异。此外，由于其他大气化学组分和气象参数在近地面大气中均具有显著的垂直波动特征，并且远离地面大气中空气污染物浓度的变化也会显著影响地面环境大气中的化学反应进程与污染物浓度水平。因此，当研究分析区域空气污染过程的主要形成机制时，仅仅依靠地面观测数据还远远不够，需要同时获取各类VOCs组分浓度在大气边界层内的垂直分布数据。

由于对流层大气中的VOCs组分种类繁多，来源复杂，且化学性质差异较大，其检测分析难度也相对较大。在此种情况下，VOCs组分的量化分析方法通常十分复杂，并且现有检测设备通常较为笨重且价格十分高昂，很难有效配置在常规大气垂直观测平台(如系留气球和载人飞机等)上，难以有效获取大气边界层内各类VOCs组分浓度的高时间分辨率在线垂直观测数据。为获取大气边界层内VOCs组分的垂直分布数据，现在普遍采用的手段是利用大气垂直观测平台(如系留气球、载人飞机和无人机等)获取不同高度大气中的样本气体，然后在实验室条件下进行离线分析。使用离线分析方法获取的VOCs组分垂直观测数据的时空分辨率普遍较低，通常难以满足深入分析大气边界层内各类VOCs组分浓度的垂直分布结构与化学传输转化机制的要求。

为获取固定地点大气边界层内各类VOCs组分的高时间分辨率垂直观测数据，高塔平台是当前较好的选择之一，但是在高塔平台上同时配置多台高时间分辨率VOCs在线分析设备的成本十分高昂，通常难以实现。因此，需要设计经济有效的大气VOCs在线垂直观测系统，以配置在地面的VOCs在线检测设备为基础，获取大气边界层内各类VOCs组分的高时间分辨率垂直观测数据，为深入解析区域大气复合污染的关键形成机制提供充足的数据支撑。

发明内容

本发明要提供一种基于高塔的VOCs在线垂直观测系统，能够有效获取大气边界层内各类VOCs组分浓度的高时间分辨率垂直梯度观测数据。

为实现上述目的，本发明提供一种基于高塔的VOCs在线垂直观测系统，包括标气校准模块、塔体分层采样模块、地面不间断采样模块、VOCs地面监测模块和地面控制基站；其中，

标气校准模块为塔体分层采样模块和VOCs地面监测模块提供含至少一种VOC的校准气体；

塔体分层采样模块用于对不同高度的大气样本进行采样；

地面不间断采样模块为塔体分层采样模块的采样提供动力；

VOCs地面监测模块用于检测塔体分层采样模块采集的大气样本中的VOCs浓度；

地面控制基站用于对VOCs地面监测模块实时监测与控制。