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JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICAL

Vol.14March** ,是進行人工增雨等外場試驗和研究的重要手段。:粒子測量系統人工增雨外場試驗引PMS2070年代后期開始在世界各地逐步廣泛采用的云微物理觀測儀器。中國氣象科學研究院人工影響天氣研究中心于1981年開始引進這一,并逐步運用到一些省份的外場試驗中取得了很多有價值的云微物理資料[1。國家攻關課題的外場試驗中得到了很好的應用[2]。但是,由于使用時間較長,該套系統,,2002年從國外PMS,整套系統無論從硬件還是軟件上都有了非常大的改進,已經完全實現了計算機控制,甚至在條件允許時,可以進行全自動的工作。1是整套系統的硬件設備結構簡圖。,另外還包括一些其他的設備(1)4個大氣粒子采樣0.10～6200μm,,從而能夠對*本文由國家科技攻關項目(962908207201應用應用氣象學14劉衛國等:劉衛國等:PMS1PMSPMSPMS,并通過數據電纜與機艙內的數據采集系統相連。飛行探測時,各探頭所采集的原始數據經由電纜傳送給艙PCASPPassiveCavityAerosolSpectrometerProbe,該探頭用于大氣中,,0.10～300μm,15,002μm(在最小的測量通道上,每秒鐘的采樣體積為1cm3,并可根據高度變化在0.5～1.5cm3之間調整。PCASP2100X,600μm,光下形成中心強度非常穩定的光束(150μm),以便精確的區分粒子。在探頭內,,,根據散射光與粒子尺寸之間的函數關系獲得所測粒子的尺寸,然后將其歸入相應的測量通道中并計數,最后粒子的尺寸及數目等信息經二進制編碼后傳送給數據采集系統進行處理。)FSSP21002ER探頭主要用于測量云粒,1～95μm,分通道(1),1(3),0.310mm2,20～125m/s的

1FSSP21002ER各量程范圍和測量范圍每通道間隔06132231FSSP21002ER5mW,0.220mm,二進制代碼的形式輸出到數據采集系統,這一點和PCASP2100X探頭基本相同。FSSP21002ER的采樣區在探頭前方中部的采樣管中(參見圖1中FSSP探頭的示意圖),,,,,強度,由此產生的邊緣效應會造成測量的誤差,主要表現在小粒子計數偏多,大粒子計數偏少。為減少這種誤差,探頭內部系統采用了一種邊緣拒絕機制,在這種機制作用下,探頭采樣時會有一定的接受率(AcceptanceRatio),即并非全部通過采樣區的粒子都被記錄,,,實際上也就相當于在整個采樣區中劃出一個有效采樣區,在這個有效采樣區中激光束是均勻穩定的。FSSP21002ER62%,總采樣面積為0.499mm2二者的乘積即為有效采樣面積,在進行資料分析時應當使用有效采樣面積。OAPOpticalArrayGreyProbe,2DGA2,該探頭主要用來,度為10～100m/s的粒子。,2mW,5mW的激光管。,,,陰影經過光學系統傳送并放大后投射到一組由64,從而形成粒子的一個影像切片并被存儲在緩沖區中;,在這段時間內會形成很多的影像切片(4Mz),將所有這些切片組合64,25m,通過計算被陰影遮擋的元件數可得到粒子的尺寸大小;光敏元件被遮擋與否的量化標準定為50%,,這樣也從一定程度上過濾掉了,,其各部,(arkes),為此系統將圖像劃3種不同的灰度等級(2以供計算機在屏幕上顯示,這樣就可以從二維圖像上得到更多的有關該粒子形態的信息,在探頭的隨機存儲器RAM),并最終傳送給數據采集系統,傳送的時機由數據采

2OAP22D2GA2圖像灰度等級劃 >>>>>>100～6200μm100μm10～100ms它所獲取的粒子圖像的灰度等級劃分與OAP22D2GA2探頭相同(見表2)。2. 1GPS,不再詳細介紹。熱線含水量儀(ModelKLWC25),它將其前端的能量來維持感應線圈的恒定溫度,這些消耗的能量與撞擊水滴的質量之間是具有某種函數關系的,利用這種關系經過換算即可得出含水量值。熱線含水量儀的正常測量范圍為0～5g/m3,響應時間為0.05s,它要求飛機的飛行速度在60～100m/s范圍內。PMSPMS,PMS,M300進行管理。另外數據采集系統還包括一個模數轉換)3. 數據采集系統的硬件設備由計算機和數模轉換器組成。數模轉換器功能簡單,,32,PIII850MHz512M,除常見的光4,GPS,一個與數模轉換器相連,所有的探測數據都通過這些數據接口板傳送給計算機進行處理分析。,計算機還安裝了一個JAZ,2G容量的JAZ,,可將機內硬盤的資料備份到JAZ,以防止數據的3. 軟件系統肩負著非常重要的任務,,對PMS3.2. QNX我們以前采用的DOS,,如不支持大內存、不支持多任雖然是流行的操作系統,但它只是一種通用操作系統,在實時性和穩定性要求很強的場,它過于龐大和復雜了。QNX實時操作系統是加拿大QNX,QNX目前的最新版本QNX6,QNX4,這是目前使用最廣泛的一個版本。QNX系統是一個類UNIX,PhotonWindows,對一,QNXTCP/IP,能夠很好的支持各種網絡功能,例如通過TCP/IPFTP協議我們可以在QNX系統與Windows系統之間輕松實現數據資料的共享和傳輸。QNX3.2. M300M300Model300DataAcquisitionSystem,是一個實時的、支持多任務的、高性能的軟件包。M300就像我們常見的Windows下的應用程序一樣具有圖形用戶界面,它運行在QNX的Photon環境下,操作非常簡便。概括來說,M300主要由一個唯一的主控制窗口(見圖2)和若干數據顯示窗口(見圖3),,,也可以自由地增加或刪除數據顯示窗口。通過M300,我們不但可以進行數據的實數據進行處理,也可以將其中某個時間段的數據單獨提取出來然后進行特別的處理。此,M300主控窗口還支持數據的網絡播放,即把本機上的數據廣播到其所在的網絡上,使網絡上安裝有M300系統的不同計算機都能進行數據的回放和分析,而無需事先將數,M300,我們可以自由地定制窗口的數目、窗口屬頭的采樣數據也可以在多個不同的窗口中以不同的形式顯示,所有這些窗口在運行時互M300是一種表驅動(table2driven,M300對數據的試驗目的和要求來定制不同的采樣方案,從而使系統具有很強的靈活性。2M3003M300,,M300默認將其存儲為二進制碼的原始數據文件,也可以根據要求同時將實時處理的數據結果存為有格式的文本文件,這樣在飛行后,我們可以直接調看剛才飛行探測的數據,非常方便。4. 從理論上講,在一定條件下,于適當時機在云體的適當部位進行催化作業,可以促使,,這也得到了實驗的證實[3～4],但是由于云體的復雜多變等因素,單憑地面上的一些觀測手段所得到的信息很難準確的確定云,,這對催化決策的準確性造成很大影響。新一代機載度等重要數據同時顯示在計算機的屏幕上,從而可以使我們及時判斷當時云的微物理結,PMS粒子測量系統的應用對于提高催化決策的準確性,加強人工增雨作業的科學性起到了很大作用。表3列出3新一代機載PMS 溫度,氣壓,高度,空 各類粒子的直徑數濃度總濃度,液態含水量(含計算和實測 4. 云物理學是現代人工影響天氣的科學基礎,而研究云中粒子形成和增長的物理過程的云微物理學是云物理學的一個重要分支。機載MS系統作為云微物理觀測的重要儀,],豐富了我們對云物理學的研究。系的多尺度結構特征及云系中不同部位上的降水物理過程,為確定科學的人工增雨實時 人員,使他們在飛行試驗時有更多的精力查看和分析屏幕上顯示的測量數據以及觀察并游來光.利用粒子測量系統研究云物理過程和人工增雨條件.見:游景炎,段英,游來光主編.云降水物理和人工增雨技術研究.北京:氣象出版社,1994.236. 劉衛國,李淑日,馬培民,等.PMS粒子測量系統實時處理顯示技術系統的研制.應用氣象學報200112(增刊):169～172.章澄昌.人工影響天氣概論.北京:氣象出版社,1992黃美元,徐華英.云和降水物理.北京:氣象出版社,1999.218～231AIRBORNEPARTICLEMEASURINGSYSTEMLiuWeiguo1) Su Wang Li1)(SchoolofPhysics,PekingUniversity,Beijing2)(ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,BeijingThestructure,software,functionandtheoryofthenew2generationairborneparticlemeasuringsystem,aswellasitsapplicationinweathermodification,a