氨氣(NH3)作為大氣中的堿性氣體,極易和大氣中的SO2和NOX反應(yīng)形成二次無機(jī)氣溶膠,是很多城市大氣顆粒物,也就是霧霾的主要元兇之一.
所以,同時(shí)監(jiān)測大氣中NH3、O3、CO2、CH4、N2O、H2O濃度和渦度通量是生態(tài)系統(tǒng)痕量氣體通量變化、大氣污染物運(yùn)移研究中的重要工具。
Aerodyne痕量溫室氣體高頻在線監(jiān)測儀可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高頻(10Hz)在線測量NH3、O3、CO2、CH4、N2O、H2O等六種痕量氣體,無干擾與化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。指紋躍遷頻率光譜的穩(wěn)定性保證測量的精度與很高的分辨率(ppt),可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的閉路渦度痕量溫室氣體通量數(shù)據(jù)的精確測量。
測量原理
痕量溫室氣體高頻在線監(jiān)測儀采用可調(diào)諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術(shù),在中紅外波長段探測分子顯著的指紋躍遷頻率。采用像散型多光程吸收池技術(shù)——其光路可達(dá)76m甚至更長(210m),進(jìn)一步提高了靈敏度。
直接吸收光譜法,可以實(shí)現(xiàn)痕量氣體濃度的快速測量(<1s),而且不需要復(fù)雜的校準(zhǔn)步驟。此外,采用TILDAS技術(shù),可不受其他分子的干擾,能夠得到非常精準(zhǔn)的檢測,檢測限達(dá)ppt級別,測量頻率可達(dá)10Hz。
六種痕量氣體同步測量
激光器L1測量:NH3、O3、CO2,激光器L2測量:CH4、N2O、H2O
激光器L1光譜圖
激光器L2光譜圖
一天時(shí)間跨度六種痕量氣體同步測量數(shù)據(jù)曲線圖
二天時(shí)間跨度六種痕量氣體同步測量數(shù)據(jù)曲線圖
10Hz高頻測量,
該系統(tǒng)同步監(jiān)測六種痕量溫室氣體所采用的激光譜線圖,采用雙激光配置,10Hz高頻數(shù)據(jù)采集
左下角中間數(shù)據(jù)框第二行代表數(shù)據(jù)采集時(shí)間(0.1s)及采樣頻率10Hz
檢測限達(dá)ppt級
六種痕量氣體實(shí)時(shí)檢測濃度觀測窗口。
粘性氣體活性鈍化功能
對于粘性氣體NH3的測量,AERODYNE具有針對性的前端進(jìn)氣處理裝置,其上采用兩種方法降低NH3的管路吸附以及由于去除過濾器造成的檢測腔容易進(jìn)入灰塵顆粒的問題和提高NH3通量測量的采樣時(shí)間,高頻率通量測量的數(shù)據(jù)損失降低:
一、防吸附物質(zhì)的添加,占據(jù)管路等的表面位置,使NH3不能粘附在表面上。
二、活性鈍化系統(tǒng),可以使粘性氣體NH3、HONO通量測量的時(shí)間更快,高頻率通量測量的損失量降到更低。
如圖示在系統(tǒng)加入上述措施后粘性氣體HONO與非粘性氣體NO2同時(shí)測量狀態(tài)下,氣體濃度的采集時(shí)間是同步的。
主機(jī)技術(shù)參數(shù):
測量精度:
L1激光器(1046cm-1(1σ))1s/100s:
NH3:50ppt/15ppt;O3:400ppt/100ppt;CO2:0.25ppm/0.06ppm;
L2激光器(1275cm-1(1σ))1s/100s:
N2O:80ppt/20ppt;CH4:400ppt/100ppt;H2O:10ppm/5ppm;
測量量程:
NH3:0-30ppmO3:0-30ppmCO2:0-30%
N2O:0-30ppmCH4:0-200ppmH2O:0-30%
響應(yīng)時(shí)間:10Hz(1-10Hz可調(diào))
操作溫度:10-35℃空氣濕度:5%~95%
采樣速率:0-20slpm
數(shù)據(jù)輸出:RS232、USB和以太網(wǎng)
外形尺寸:560mm×770mm×640mm(W×D×H)
重量:75Kg
電源要求:250-500W、120/240VAC、50/60Hz(不包含吸氣泵)
產(chǎn)地:美國AERODYNE公司
應(yīng)用案例:
1.泥炭地表層大氣中氨交換測量-基于QCL激光器的渦流協(xié)方差方法和推理建模
Surface–atmosphereexchangeofammoniaoverpeatlandusingQCL-basededdy-covariancemeasurementsandinferentialmodeling
UndineZöll,ChristianBrümmer,FrederikSchrader,ChristofAmmann,AndreasIbrom,ChristopheR.Flechard,DavidD.Nelson,MarkZahniser,andWernerL.Kutsch
Atmos.Chem.Phys.,16,11283–11299,2016
ww.atmos-chem-phys.ne/16/11283/2016/
doi:10.5194/acp-16-11283-2016
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對比實(shí)測和建模的日平均NH3通量(上面板所示)和累積NH3通量(下面板所示)基于測量過程中每半小時(shí)的數(shù)據(jù)。豎線表示階段II、III、IV的開始。
2.集約放牧區(qū)排放:量化和緩解
PaddockScaleNitrousOxideEmissionsfromIntensivelyGrazedPasture:QuantificationandMitigation
Presentedby:
AnneRoswithaWecking
MasterofScience,LeibnizUniversityHanover,2021.
不同時(shí)空尺度下土壤FN2O的驅(qū)動和過程。顏色區(qū)域(藍(lán)色到橙色)表示當(dāng)前的了解水平。框圖(編號1-4)顯示了測量土壤N2O交換常用的不同技術(shù)。2號框圖和3號框圖(粗體)區(qū)分了本論文使用的兩種測量方法(chambers/EC)。