[發明專利]一種溫室氣體排放通量的中紅外光譜測量系統及方法

有效

• 申請號: 201410108340.6
• 申請日: 2014-03-22
• 公開（公告）號: CN103852437A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 王薇;劉文清;張天舒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/3504
• 分類號: G01N21/3504
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

技術領域

本發明涉及環境監測與保護、氣體排放光學檢測技術與方法領域，具體為一種溫室氣體排放通量的中紅外光譜測量系統及方法。

背景技術

大氣中溫室氣體濃度的增加引起的全球變暖已經成為全世界面臨的重要的環境問題。大氣中CO₂、CH₄和N₂O對溫室效應的貢獻率約80%，農業土壤和草地是這些溫室氣體排放的重要源。為了控制溫室氣體的排放，需要更好地理解生態系統主要溫室氣體排放的基本過程和變化規律，這就需要溫室氣體源排放與生態通量的測量技術和系統。

目前，測量生態系統地表-大氣間溫室氣體交換的常用方法是箱式方法。箱式方法通常和測量氣體濃度的氣相色譜法相結合，在測量農田、草地和森林土壤的溫室氣體排放中應用廣泛。箱式方法儀器成本低，靈敏度高。但是，氣相色譜法需要采樣帶回實驗室分析，難以實現實時在線測量。并且，箱式方法的代表尺度一般很小（通常從0.01到1m²），不適合大面積的測量或區域的測量。

對于空間排放不均勻的源，適合采用微氣象學方法進行測量，因為它們測量的是平均排放速率，并且不會對源的排放產生干擾。通量-梯度技術是傳統的微氣象學方法，通過測量氣象要素和待測氣體濃度的垂直分布來獲得氣體的排放通量。在該技術中，通常測量兩個高度的氣體濃度差,考慮到植被冠層的影響，待測氣體的地表排放通量為

Fg=ku*ρa(Cg,1‾-Cg,2‾)ln(z2-dz1-d)-[ψ(z2-d)-ψ(z1-d)]---(1)]]>

這里F_g是待測氣體的通量密度，k是卡曼常數，u_*是摩擦速度，ρ_a是空氣密度，C_g是待測氣體的濃度，z₁和z₂是兩個測量高度，d是零平面位移，ψ是穩定度函數。通量-梯度技術理論成熟，不需要快速響應的儀器，成本低，測量代表的尺度大。

大氣中溫室氣體通量測量的精確度很大程度上取決于氣體濃度測量的精度和準確度。吸收光譜技術測量速度快、測量范圍廣，便于長期連續測量。吸收光譜法中最常用的技術是可調諧二極管激光（TDLAS）吸收光譜技術和FTIR光譜技術。TDLAS光譜技術靈敏度高，分辨率高，響應速度快，但能同時測量的氣體成分有限。FTIR光譜技術靈敏度高，光譜分辨率高，并且可進行多組分同時測量。