新发现?总光合的绝对示踪性因子!国内外前沿的研究热点!

撰稿人: 日期:2018-2-11 点击次数:666

---Aerodyne COS/OCS痕量气体检测仪
一、研究意义及文献
Aerodyne COS痕量气体监测在国际上有着广泛的应用。OCS近来被应用于陆地植物CO2吸收的潜在指示因子,OCS只与CO2的光合吸收有关,而与呼吸无关;OCS与CO2不同,植物吸收后不释放,因此可以作为研究总光合的研究工具,耦合OCS和CO2的测量,可以提供深入研究生态系统对环境变化响应的机制。除此之外,土壤对COS也有着吸收和排放,是近年来的研究热点。另外,OCS是全球硫循环中的一环,是早期地球大气中的组成之一,是同温层气溶胶的来源之一,因此对COS的研究有着重要的意义。
Aerodyne首席科学家David.Nelson,在EUG发表的文献如下:
 
二、实验设计
1、测量环境及参数
测量林中通量塔附近COS、CO2、CO和H2O痕量气体的涡度及剖面变化。样气采集点3个(或根据客户需求添加采集管路)。
Aerodyne激光器是连续波量子级联激光器(Alpes Lasers),采用TDLAS技术。主机内置Peltier 元器件,可以将激光器温控到-19.8℃。除此之外,还具备冷凝循环装置(内含25%的乙醇水),用于控制多余的激光热量。吸收池为0.5L,光程为76m,温控在20-24℃,压力在40Torr。COS、CO2、CO和H2O气体的监测波长,分别为2050.397, 2050.566 ,2050.854 and 2050.638 cm-1。
 
2、系统布设(用户可根据自己需求反馈给我们定制)
系统由Aerodyne单激光COS监测仪主机、多通道气路控制系统、真空泵、恒温箱、冷凝器等组成,用户在安装点提供主电源接入。布设图如下:
 
COS气体监测仪放置在野外的实验室内,实时测量COS等痕量气体。主机离涡度塔有段距离,如10米。“EC”采样线布设在超声风速仪的中间,或与现有的超声风速仪和CO2采样入口相同。
还可设立3个“剖面”采样线,“剖面”线布设在7m、40m、60m,用户可以自己设定。定制的采样控制系统可控制和调节涡度塔采样管路和校准瓶管路。
三、测量策略步骤
1)30min为测量循环。30min内,先进行reference 气体测量(大约3min),用于消除仪器可能会出现的漂移;然后,进行三个样气的测量(每个8min);最后,再次进行reference气体测量(3min)。
2)每6个小时,用干纯氮气冲刷样品池(2min),用于消除可能出现的水汽干扰等,然后进行背景气体校准(为期1min)。
3)一年后,选一个月的时间,进行校准气体的检测,用于检测仪器的响应的稳定性
四、实验结果及分析
1、原始数据
2014年8月份到2015年4月份,作者采用Aerodyne的“working standard”模式,在野外样地上,进行了每小时一次取平均值的测量循环。图1显示的是原始数据图表,没有进行相应的响应曲线的校准操作。分析结果后发现,数据与标准气体相比,有些许差距。图片中的实线,是在15年1月7号,进行了门阀的更换(由于实验过程中门阀出现了问题);虚线,是在15年3月25号,进行了温度稳定调整(添加了冷却激光器的装置,并将主机放置在恒温箱中,避免大环境下温度的变化对激光器产生影响)。从图片中可以看到,温度稳定升级后,Tk很稳定,有助于仪器精度的提高。从数据图表上看,橘黄色线条,整个测量期间(35天),数据很稳定。图表上的空白,是仪器放入实验室内进行其他测量。
 
2、涡度测量和自动箱测量比较
2015年3月25日到4月29日,作者进行了两种测量方法(涡度和自动箱)的数据测量及比较。选取涡度塔取样点60m处的数据,图2中用蓝色线条表示;自动箱数据用橘红色点表示。右图表示的是涡度方法和自动箱方法之间的差异。
 
3、经过校准后的数据
                         
从图中可以看出,二氧化碳摩尔分数的季节振幅大约为15ppm。COS能够很好的呗QCLS激光捕获,基于拟合的峰峰振幅约为96ppt。
 
 
 

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