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科学岛团队在温室气体通量监测方面取得新进展

1113    2022-11-18    发布者:中国测试杂志社    来源:中国科学院合肥物质科学研究院

近日,中科院合肥研究院安光所高晓明研究员团队在可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS)测量大气温室气体通量方面取得新进展,相关研究以《基于TDLAS的开放光路防污染多通池气体分析仪用于实时监测大气水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)通量》为题发表在国际知名期刊Optics Express上。

大气中主要的温室气体有4种:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)和水蒸气(H2O),减少大气层中温室气体浓度的方法之一就是通过土壤和植被保存碳元素。2020年我国在七十五届联合国大会上作出的“碳达峰、碳中和”的承诺,提升陆地生态系统碳汇是实现我国“碳中和”目标最绿色和经济的有效途径。为了解陆地生态系统对碳元素的吞吐情况,科学界提出利用空气流动产生的湍流涡旋测量温室气体的排放量。而基于可调谐激光吸收光谱涡度相关监测技术与设备是生态系统碳源汇及其碳收支过程通量观测的重要手段,其具有高灵敏度、高精度、高选择性,以及响应速度快等优点。涡度相关气体通量监测技术又分为开放光路式和闭路式两种,开放光路是一种原位测量,相比于闭路式测量,具有更低的系统功耗和重量。然而传统开放光路多通池长时间工作在野外环境中,存在镜片镀膜层容易被污染和腐蚀等问题。

针对上述问题,团队成员陈家金副研究员、梅教旭副研究员、古明思博士研究生等人,首次提出反面镀膜的防腐蚀、防污染开放光路多通池的设计,有效避免了外界环境对镜片膜层的污染和腐蚀,并将该设计应用于大气温室气体CO2和H2O的通量监测设备中,提高了开放光路系统的长期稳定性和耐用性。同时利用该设备在江苏省扬州市江都区马凌村良种场试验基地,对小麦季节农田生态系统CO2和H2O通量进行了为期一个月的外场对比观测实验,获得的数据结果与国际上主流商业仪器获得数据结果具有非常好的一致性。

该研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接:https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-24-43961&id=521776

开放式TDLAS通量测量设备原理图 

现场测试照片和24小时与商业仪器浓度对比

连续25天 (a) CO2 (b) H2O通量结果对比



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