1、 130大气臭氧观测规范Standard method for the monitoring of surface ozone(征求意见稿)（本稿完成日期：2006 年 1 月 30 日）-发布 -实施中 国 气 象 局 发 布xxxxxxx中华人民共和国气象行业标准/T 代替QX1目 次前 言 .3引 言 .41 范围 .52 规范性引用文件 .53 术语和定义 .53.1 地面臭氧 surface ozone .53.2 零气 zero gas.53.3 零点 zero.53.4 跨点 span.53.5 校准方程 calibration equation.53.6 元数据 meta da
2、ta.63.7 协同数据 co-data .64 测量方法和仪器 .64.1 测量方法 .64.2 测量原理 .64.3 测量仪器 .64.4 数据记录设备 .85 仪器安装 .85.1 采样地点和高度 .85.2 仪器的安装 .85.3 采样进气管和排气管 .96 运行管理和维护 .96.1 更换颗粒物过滤膜 .106.2 检查与维护 .107 校准 .107.1 校准仪器 .107.2 校准方式 .117.3 校准的时间间隔 .127.4 注意事项 .127.5 校准方程参数的确定 .1328 数据记录和处理 .138.1 原始观测数据记录 .138.2 元数据记录 .148.3 协同数据
3、 .168.4 观测结果表达 .16附录 A 地面臭氧校准数据记录格式（资料性附录） .17附录 B 地面臭氧观测数据格式（资料性附录） .203前 言本标准由 中国气象局大气成分观测与服务中心提出。本标准由 中国气象局政策法规司归口。本标准起草单位：中国气象局大气成分观测与服务中心 本标准主要起草人：汤洁、徐晓斌、黄建青等4引 言臭氧是大气中化学性质活泼的微量气体，其浓度的时空分布差异较大，其强氧化剂性能、温室效应以及紫外吸收功能对气候、生态、环境等全球系统具有重要意义和影响。近地面大气中的臭氧，对人类的健康和地表生态系统产生直接的影响。人类活动排放的一次污染物（如氮氧化物和碳氢化合物等臭氧
4、前体物）在大气光化学过程的作用下生成臭氧。在前体物大量排放的地区，在合适的气象条件下，可在近地层大气中形成以高浓度臭氧为特征的局地光化学烟雾。区域性的污染及污染物输送可导致全球对流层臭氧浓度的增加。因此，需要进行长期、准确的观测，以增进对区域和全球大气臭氧变化规律的认识。测量臭氧的方法有多种，其中紫外光度法具有准确度高、干扰较少、易于操作和可在线连续测量等特点，是使用最普遍的方法，也是世界气象组织国际臭氧校准中心的标准技术方法。本标准仅对利用该紫外光度法测量近地层大气臭氧的方法进行规范。51 范围本标准规定了在近地层大气中测量臭氧含量的方法、观测场地要求、数据表达、校准要求等。本标准适用于在固
5、定站点进行近地层大气臭氧的连续观测。2 规范性引用文件下列规范性引用文件通过本部分的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方，研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T15438-1995环境空气 臭氧的测定 紫外光度法 ISO 13964:1998Air quality - Determination of ozone in ambient air - Ultraviolet photometric method3 术语和定义本标准采用下列
6、术语和定义。3.1 地面臭氧 surface ozone近地层内大气中的臭氧。3.2 零气 zero gas不含有被测量气体成分和干扰测量的气体成分的空气。3.3 零点 zero向测量仪器通入零气，对其运行状况进行周期性检查的校准点。3.4 跨点 span在测量仪器的量程范围内，通入较高含量的已知浓度气体，对测量仪器的运行状况进行周期性检查的校准点。3.5 校准方程 calibration equation在某一浓度范围内，将臭氧分析仪获得的臭氧浓度测量值订正到WMO（世界气象组织）指定的臭氧测量标准仪器的臭氧浓度测量值的线性方程式： ZCSMW式中：6WMO（世界气象组织）指定的臭氧测量标准
7、仪器的臭氧浓度测量值；WC臭氧分析仪测量的待订正臭氧浓度值；M斜率系数；S零点校准值。Z3.6 元数据 meta data用于说明观测数据的数据。3.7 协同数据 co-data与观测数据同期的、对解释观测数据有重要意义的其他观测数据。4 测量方法和仪器4.1 测量方法紫外吸收光度法。4.2 测量原理根据Lambert-Beer 定律，臭氧对紫外光的吸收符合下列关系式：（1）rapTLcI0ln式中：入射紫外光线通过大气样品后的强度；I入射紫外光线的原始强度；0臭氧的体积混合比，单位为nLL -1。c臭氧的分子吸收系数（在253.7nm 波长，1013hPa，273.16K，纯臭氧气体的吸收截
8、面积为308.32cm -1）； L 入射紫外光线的通过大气样品的光程，单位cm；Ta， Pa 测量状态下的温度和气压；Tr， Pr 标准状态下的温度和气压（1013hPa，273.16K）。当大气样品的温度、压力等环境参数以及测量光程长度均为已知的情况下，即可以根据紫外光强度的衰减量 计算得到环境空气中臭氧的浓度。)ln(0I4.3 测量仪器测量仪器为图1所示的流动测量体系，主要包括：进气管路、颗粒物过滤器、紫外光7源、测量光池、光电检测器、臭氧去除器、信号放大和处理电路、气路系统、温度压力传感器和气泵等部件。除了进气管路和颗粒物过滤器外，测量系统的其他部件都安装在一个整体机箱内。（图中：1
9、.颗粒物过滤器；2.(2) 三通阀；3.臭氧去除器；4.臭氧发生器；5.紫外光源；6.过滤镜片；7.测量光池；8.光检测器；9.温度传感器；10.抽气泵；11.流量控制器件；12.流量计；13.压力传感器；14.电子线路；15.电源）注：也有部分商业仪器采用有两个测量光池的双流动光池测量系统，其系统的稳定性可得到一定程度的改善。图 1 紫外吸收光度法工作原理示意图环境空气经过颗粒物过滤器除去颗粒物后，被吸入系统。在气路系统的控制下，或者经过臭氧去除器再进入测量光池，或者直接进入测量光池，两者交替循环。每交替一次，构成一个测量循环，于是光电检测器分别检测到测量光池通入零气时和通入环境空气时的的光
10、强信号，两者的差别即为环境空气中大气臭氧对紫外光线的衰减。经过臭氧去除器（Ozone Scrubber）除去臭氧后的环境空气，作为零气周期性地导入测量光池，使仪器能够对紫外光源以及光电检测器灵敏度波动进行动态零点校准。气路系统上的温度和压力传感器随时测量光池内温度和压力的变化，用以订正温度和压力变化对测量结果的影响。测量信号经过放大和处理后，通过模拟量或数字量输出端口被记录或者在显示屏上被显示。气泵的作用则是提供整个系统的采样动力。测量光池前所有与环境样品空气接触管路和部件均采用聚四氟乙烯（俗称特氟龙，英文名Teflon ）材料或者聚四氟乙烯涂层材料，以减少臭氧的管壁损耗。测量仪器的主要性能指
11、标见表1。表1 紫外吸收光度法大气臭氧分析仪的主要性能指标名 称 技术指标最大量程范围 0 1 ppmv ，或 0 2 mg/m 3 最小量程范围 0 100ppbv，或 0 0.2 mg/m 3零点噪音 0.5 ppbv (RMS)8最低检测限 1.0 ppbv 零点漂移 1 ppbv/天，2 ppbv/周满量程漂移 1%/周响应时间 20 秒 (90%的响应)线性度 满量程的1%流量 13 升/分（标准大气状况）工作温度 1030 电源 210240 伏，50 赫兹信号输出 010V（或 05V）直流电压、RS-232/485 接口注：ppmv和ppbv为体积混合比浓度单位 ，1 ppmv
12、=10 -6L/L；1 ppbv=10 -9L/L。4.4 数据记录设备数据记录设备为模拟信号记录设备或者计算机数字通讯/记录设备。模拟信号记录设备的采样频率不低于0.1Hz（1次/10秒）。如果采用模拟信号记录设备，应当保证臭氧分析仪的零点输出电压和满量程输出电压在模拟信号记录设备的动态记录量程范围之内。5 仪器安装5.1 采样地点和高度采样地点和高度的选择要服从观测所要达到的特定目标，采样高度不要超出近地层（地面以上大约50100米）。在开阔平坦（四周的障碍物均位于其10倍高度以外的距离）的地形条件下，采样高度宜选择在距离地面5米以上的高度。在建筑物密集的地方或者在森林等下垫面有密集粗糙元
13、的地区开展观测，而且观测的目的不是为了取得较小尺度（例如一个居住小区）臭氧浓度信息，则在确定采样高度时要考虑粗糙元所引起的位移距离，采样高度不要低于位移距离，而应安装在位移距离以上、距地面50米内的某个高度。通常采样进气口距离仪器机房的屋顶平面1.5米2米为宜。5.2 仪器的安装臭氧分析仪应安装在洁净、有良好温度控制的机房内。机房内温度全年控制在1028范围内，每天的的温度波动幅度应小于2。臭氧分析仪应平稳放置，四周有不小于100毫米的空间散热，并尽量避开其他发热、震动和有电磁干扰设备的影响。提供给臭氧分析仪的电源应稳定、可靠、接地良好，电压波动范围应在2205V的范围内，必要时应配备稳压电源
14、或不间断电源系统。95.3 采样进气管和排气管采样进气管的安装可采用如图2所示(a)或(b)两种方式。图 2 臭氧分析仪的采样进气管(a) 方式采用共进气管路，可以和其他气体分析仪器共用一套进气管路。应选用玻璃（石英玻璃或硬质玻璃）或聚四氟乙烯的管材作为共进气管路的内管，使用的玻璃管的内径不小于 30 毫米，使用的聚四氟乙烯管的内径不小于 20 毫米。进气管的总长度应以 15 米以内为宜，气体在进气管内的停留时间不应超过 30秒。从共进气管路连接到臭氧分析仪的管路应使用外径不小于 6 毫米、内径不小于 4 毫米的聚四氟乙烯材质管路，总长度应小于 3 米，在靠近共进气管路的附近连接颗粒物过滤膜盒。要保证进入臭氧分析仪的气体压力和环境气压相同，有必要时可增大共进气管路的管径以降低管路内的气压梯度。(b) 方式采用一根聚四氟乙烯管作为臭氧分析仪的独立进气管路，管路外径不小于6 毫米、内径不小于 4 毫米，总长度应小于 10 米，在室外的进气口前端附近连接颗粒物过滤膜盒。采样进气管中不可有任何杂质和污染物，没有堵塞。颗粒物过滤器内使用25微米孔径的聚四氟乙烯过滤膜，并定期更换。为减少臭氧分析仪器排气对机房室内的污染和排气口噪音影响，应在仪器的排气口连接一段管线并引到室外非主导风向上10米处以外，该段管线的管径应足够大，以保证排气通畅。6 运行管理和维护
