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CPEC-AZ閉路渦度相關(guān)法通量觀測(cè)系統(tǒng)

一、 應(yīng)用

目前，開路渦動(dòng)相關(guān)法通量觀測(cè)系統(tǒng)無法同步測(cè)量多種氣體，其精度也無法滿足痕量溫室氣體的測(cè)量要求，在雨雪天氣數(shù)據(jù)不連續(xù)問題給科研帶來很多困擾。

CPEC-AZ閉路渦度相關(guān)法通量系統(tǒng)采用中紅外技術(shù)，測(cè)量頻率可達(dá)10Hz，檢測(cè)限達(dá)ppt級(jí)，可用于野外實(shí)時(shí)測(cè)量痕量氣體。

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-CO_2，HOD，

¹⁵N¹⁴N¹⁶O（δ¹⁵N^α）， ¹⁴N¹⁵N¹⁶O（δ¹⁵N^β）

二、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，獨(dú)有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，即可完成原有的開路渦度相關(guān)法系統(tǒng)升級(jí)，同步觀測(cè)多種氣體。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)閉路渦度相關(guān)法含氮?dú)怏w通量觀測(cè)

三、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

1、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，能完全滿足渦度相關(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)量精度見技術(shù)指標(biāo)。

2、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）

3、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）CH₄¹³CH4、CH₃D

3）CO₂、¹³C-CO₂、¹⁷O-CO₂、¹⁸O-CO₂

4、**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)。

5、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。

6、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)。

四、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：

常見痕量溫室氣體：

含碳?xì)怏w同位素：

含氮?dú)怏w同位素：

四、應(yīng)用案列

1、意大利北部土壤農(nóng)田氮施加控制試驗(yàn)，通過CPEC方法探究氨態(tài)氮（NH₄⁺-N\NH₃）內(nèi)部轉(zhuǎn)化過程及氨氣（NH₃）恢復(fù)性流失^【1】。

蘭德里亞諾Landriano 2009（SI-09）和2011（SI-11）試驗(yàn)期間，通過渦流協(xié)方差系統(tǒng)（EC）和反向拉格朗日隨機(jī)模型（bLS）估算NH₃累積排放和歸一化損失

結(jié)果表明：氮施加實(shí)驗(yàn)后24和30 h。的**NH₃排放水平為138.3 mg/m-²s-¹和243.5mg/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％。

2、中國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^【2】。

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^-1，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。

3、美國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EC(實(shí)線)和EC/Flask(虛線)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2 h，并且僅展示了CO₂通量小于-2 mol m^-2 s^-1的時(shí)間。

NEE中δ¹⁸O6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2 h

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。

4、瑞士中部集約化經(jīng)營草地采用量子級(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‰。

5、美國哈佛森林溫帶落葉林通過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

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）

結(jié)果表明：在這個(gè)溫帶的落葉森林林地中，基于土壤中OSC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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