目前，開(kāi)路渦動(dòng)相關(guān)系統(tǒng)已廣泛于應(yīng)用于各類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)-大氣間的二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）通量的測(cè)量，能夠適應(yīng)復(fù)雜的樣地環(huán)境，但仍然存在氣體檢測(cè)種類(lèi)單一，測(cè)量精度無(wú)法滿(mǎn)足痕量氣體，雨雪天氣數(shù)據(jù)不連續(xù)等問(wèn)題。

CPEC-AZ閉路式渦度通量系統(tǒng)因設(shè)計(jì)原理不同，能對(duì)環(huán)境中多種痕量溫室氣體及其同位素氣體進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。測(cè)量檢測(cè)限低，精度可達(dá)ppt級(jí)，測(cè)量頻率可達(dá)10Hz,能夠進(jìn)行高頻的持續(xù)觀測(cè)?？捎^測(cè)氣體種類(lèi)多，并能夠滿(mǎn)足多種氣體同時(shí)測(cè)量的需要，且限度地避免突發(fā)天氣對(duì)儀器的干擾。

此外，還能同步測(cè)量多種含碳、含氮痕量氣體及氣體同位素，如：

 CO/CO₂/CH₄/C₂H₄/HCHO/CHOOH/COS/SO₂

NO/N₂O/NO₂/NH₃/ HONO/ HNO₃

 ¹³C-CO₂, ¹⁸O-CO₂, ¹⁷O-CO₂，HOD, 

¹⁵N¹⁴N¹⁶O（δ¹⁵N^α）, ¹⁴N¹⁵N¹⁶O（δ¹⁵N^β）

 

系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主機(jī)Aerodyne閉路氣體分析儀采用可調(diào)諧紅外激光直接吸收光譜（TILDAS）技術(shù)， 用中紅外激光探測(cè)氣體分子，的像散型多光程吸收池技術(shù)有效測(cè)量光程高達(dá)210m，有效提高氣體分子的測(cè)量精度，達(dá)ppt級(jí)。

該系統(tǒng)由Aerodyne閉路式氣體分析儀、超聲風(fēng)速采集模塊、數(shù)據(jù)整合軟件、恒溫機(jī)箱、采氣管路等組成。

超聲風(fēng)速采集模塊可與已有的開(kāi)路渦度相關(guān)法通量觀測(cè)系統(tǒng)共用，在超聲風(fēng)速儀中心設(shè)置采樣管，即可完成原有的開(kāi)路渦度相關(guān)法系統(tǒng)升級(jí)，同步觀測(cè)多種氣體。

系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)    
01    該系統(tǒng)采用的Aerodyne閉路氣體分析儀對(duì)痕量氣體測(cè)量頻率可達(dá)10Hz,能滿(mǎn)足渦度相關(guān)法通量觀測(cè)條件，測(cè)量精度高，檢測(cè)限可達(dá)ppt級(jí)。各種氣體測(cè)量精度見(jiàn)技術(shù)指標(biāo)。

02    該系統(tǒng)可同步觀測(cè)多種氣體，部分氣體分子組合如下（可根據(jù)科研需要，提供近百種氣體組合）：

                                            1、N₂O、CO₂、NH₃、O₃、CO、H₂O

                                            2、N₂O、CO₂、CH₄、COS、CO、H₂O

                                            3、NO、NO₂、H₂O

                                            4、N₂O、CO₂、CH₄、CO、C₂H₆、H₂O 

                                            5、HONO、HNO₃、H₂O

                                            6、HCN、HCl

                                            7、CH₄、C₂H₆、C₃H₈

采用活性鈍化系統(tǒng)后，NH₃測(cè)量的時(shí)間常數(shù)和高頻通量變化（時(shí)間常數(shù)更快）

03   該系統(tǒng)還可同步觀測(cè)多種氣體同位素，部分氣體同位素組合如下：

                                                          1、N₂O、¹⁵N¹⁴N¹⁶O、 ¹⁴N¹⁵N¹⁶O、 ¹⁴N¹⁴N¹⁸O      

                                                          2、CH₄、 ¹³CH₄、CH₃D 

                                                          3、CO₂、¹³C-CO₂、¹⁷O-CO₂、¹⁸O-CO₂    

04  技術(shù)活性鈍化裝置可顯著提高粘性氣體分子如NH₃、HONO等的響應(yīng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)粘性氣體和非粘性氣體的同步觀測(cè)，如 N₂O、CO₂、NH₃、O₃、CO、H₂O同步觀測(cè)。

05  慣性顆粒物分離裝置，能有效減少顆粒物附著，確保兩次采樣不會(huì)交叉污染。

06   該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)全量程校準(zhǔn)和零點(diǎn)校準(zhǔn)。

技術(shù)指標(biāo)   該系統(tǒng)可測(cè)量氣體分子、1s及100s測(cè)量精度、相應(yīng)時(shí)間如下：

常見(jiàn)痕量溫室氣體

含碳?xì)怏w同位素：

含氮?dú)怏w同位素：

應(yīng)用案例

01  
    
    意大利北部土壤農(nóng)田氮施加控制試驗(yàn)，通過(guò)CPEC方法探究氨態(tài)氮（NH₄⁺-N\NH₃）內(nèi)部轉(zhuǎn)化過(guò)程及氨氣（NH₃）恢復(fù)性流失。

結(jié)果表明：氮施加實(shí)驗(yàn)后24和30h的NH₃排放水平為138.3μg m^-2s^-1和243.5μg m^-2s^-1，NH₄-N的總損失比例在兩次擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)后7天分別為19.4％ 和28.5％。

02  

    中國(guó)亞熱帶典型的蔬菜田利用CPEC方法同時(shí)測(cè)量一氧化二氮（N₂O），甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）通量。

N₂O，CH₄和CO₂（實(shí)心圓）和氣溫（空心圓）的頻率加權(quán)歸一化共譜）以及相應(yīng)的高頻共譜傳遞函數(shù)

結(jié)果表明： 通過(guò)Aerodyne雙激光分析儀的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算出N₂O的中值精度（1σ）為0.14 nmol/mol ，在野外條件下，采樣頻率為10 Hz時(shí)，CH₄的摩爾濃度為3.3 nmol/mol，CO₂的摩爾濃度為0.36μmol/mol。

03    
 
      美國(guó)馬薩諸塞州溫帶森林中生態(tài)系統(tǒng)-大氣二氧化碳凈交換（NEE）的同位素組份（即¹²C¹⁶O₂、¹³C¹⁶O₂和¹⁸O¹²C¹⁶O的凈交換量）CPEC方法測(cè)量^【3】。

通過(guò)EC(實(shí)線(xiàn))和EC/Flask(虛線(xiàn))估算的6月（橙色）7月（綠色）、8月（藍(lán)色）和9月（紫色）的δ¹³C日變化。EC循環(huán)已平滑至2h，并且僅展示了CO₂通量小于-2 mol m^-2 s^-1的時(shí)間。

NEE中δ¹⁸O 6月（橙色）7月（綠色）、8月（藍(lán)色）和9月（紫色）的δ¹³C日變化，EC結(jié)果已平滑至2h

結(jié)果表明： NEE中的¹³C組份表現(xiàn)出日變化的趨勢(shì)，可能反映了光合作用的擴(kuò)散和生化限制之間的平衡轉(zhuǎn)移。白天，¹⁸O同位素通量表現(xiàn)出與蒸發(fā)的¹⁸O葉片水富集有關(guān)的特征。同位素通量和NEE中的¹³C組份都有明顯的季節(jié)性變化，NEE中的¹⁸O組份逐月更一致。

04

瑞士中部集約化經(jīng)營(yíng)草地采用量子級(jí)聯(lián)激光吸收光譜法（QCLAS）對(duì)N₂O同位素表征。

標(biāo)氣（紅色）和表層（黑色）N₂O摩爾分?jǐn)?shù)（頂部）和同位素值（三個(gè)底部面板）在原為實(shí)驗(yàn)期間的大氣表層測(cè)量

結(jié)果表明：同步渦度協(xié)方差N₂O通量測(cè)量確定了土壤中N₂O的通量平均同位素特征，集約經(jīng)營(yíng)草地N₂O的通量平均同位素組成SP、δ¹⁵N^buk和δ¹⁸O分別為6.9±4.3‰、-17.4±6.2‰和27.4±3.6‰。

05

美國(guó)哈佛森林溫帶落葉林通過(guò)羰基硫的吸收確立了林冠層氣孔導(dǎo)度，蒸騰和蒸發(fā)的動(dòng)態(tài)變化。

冠層OCS吸收和初級(jí)生產(chǎn)總值（GPP）隨著葉相關(guān)吸收（LRU）和光和有效輻射（PAR）的綜合月變化

冠層OCS吸收和初級(jí)生產(chǎn)總值（GPP）隨著葉相關(guān)吸收（LRU）和光和有效輻射（PAR）的綜合晝夜循環(huán)

結(jié)果表明：在這個(gè)溫帶的落葉森林林地中，基于土壤中OCS含量預(yù)測(cè)土壤始終是羰基硫的匯。OCS通量測(cè)量可以作為探測(cè)其他生態(tài)系統(tǒng)中的氣孔導(dǎo)度的通用工具，并且可在葉片尺度和實(shí)驗(yàn)室研究中用作探測(cè)氣孔導(dǎo)度的通用工具。 

參考文獻(xiàn)

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【7】NO and NO₂ Emission Ratios Measured from In-Use Commercial Aircraft during Taxi and Takeoff, S.C. Herndon, J.H. Shorter, M.S. Zahniser, D.D. Nelson, C.E. Kolb, Environ. Sci. Technol., 38, 6078-6084, 2004.

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END