碳氮氣體同位素同步觀測系統
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- 公司名稱 北京澳作生態儀器有限公司
- 品牌 其他品牌
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- 廠商性質 生產廠家
- 更新時間 2024/10/15 9:34:32
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產地類別 | 進口 | 應用領域 | 農業 |
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一、觀測應用
大氣中CO2、CH4、N2O等溫室氣體迅速增加,是造成全球氣候變化的最重要因素之一。痕量溫室氣體的測定對準確評估大氣溫室氣體源匯至關重要,目前在定量估計溫室氣體吸收匯方面還存在很大的不確定性,比較而言,甲烷吸收匯和吸收匯的不確定性比CO2吸收匯大得多。
新一代的Aerodyne穩定碳氮氣體同位素光譜儀可以對氣體和同位素同步進行高頻(10Hz)連續的原位監測,同時可以實現痕量溫室氣體含量和碳氧同位素的同步觀測,為痕量溫室氣體的監測和溯源提供了新的工具。
生態系統碳氮循環過程中的多種溫室氣體排放速率(CO2、CH4、N2O等)的實時測定需要提高時間分辨率、空間分辨率,需要原位無損、長時間、全參數、高精度、一體化、自動化和遠程操控等技術協助捕獲參數的微量變化,并通過同位素13C-CO2、18O-CO2溯源,了解碳、氮、水循環耦合過程。
二、系統組成該系統主機Aerodyne閉路氣體分析儀采用可調諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術,用中紅外激光探測氣體分子,像散型多光程吸收池技術有效測量光程高達210m,有效提高氣體分子的測量精度,達ppt級。
可以同時測量痕量氣體及碳氧同位素N2O、CH4、H2O、CO2、δ13C-CO2、δ18O-CO2。
五技術應用
文獻信息:
溫帶森林生態系統同位素組成的長期渦動協方差測量——大氣CO2交換
CO2凈生態系統-大氣交換(NEE)的穩定同位素組成攜帶了有關生態系統碳循環機制的信息。二氧化碳在水中的羧化、擴散和溶解等過程分餾了二氧化碳的同位素。因此,凈CO2交換的同位素組成可用于探測這些過程,并為評估生物物理生態系統模型提供獨立的約束條件。它還可以闡明生態系統對大氣同位素收支的影響,這對陸地/海洋、源/匯分配有影響。此外,它還可用于將NEE劃分為初級生產力總量和生態系統呼吸總量。
NEE通常最直接的測量方法是渦流協方差(EC)法,在缺乏直接同位素通量測量的情況下,一些旨在劃分NEE的研究中使用了所謂的EC/燒瓶法(Bowlingetal.,1999)間接確定了NEE的碳同位素組成。13C在1秒到30分鐘的時間范圍內發生,典型的標準偏差僅為0.02‰(Saleska等人,2006年),在2008年開發出專門的量子級聯激光光譜儀(TILDAS)之前,還沒有能夠直接監測二氧化碳同位素的儀器。與標準EC系統一樣,在平靜的夜晚觀察到“lostflux”,在其他時段也發揮一定作用。
渦動協方差要求較高的采樣率,粗略地說,在渦動輸送的主要時間尺度上整合數據。我們的共譜(見第4.3節)表明,在哈佛森林,渦動輸送在1到1000秒的時間尺度上非常重要,峰值約為50秒或30秒(取決于您是考慮傅立葉還是多分辨率共譜)。因此,上圖表明,EC系統的TILDAS儀器噪聲約為C=18ppb,δ13C=0.02‰,δ18O=0.04‰(在40秒時用橙色垂直虛線標記)。
上圖展示了光譜儀的特殊穩定性,如使用△tcal等于4分鐘(短校準時間間隔)可將噪聲降低到2倍左右。
大氣中CO2、CH4、N2O等溫室氣體迅速增加,是造成全球氣候變化的最重要因素之一。痕量溫室氣體的測定對準確評估大氣溫室氣體源匯至關重要,目前在定量估計溫室氣體吸收匯方面還存在很大的不確定性,比較而言,甲烷吸收匯和吸收匯的不確定性比CO2吸收匯大得多。
新一代的Aerodyne穩定碳氮氣體同位素光譜儀可以對氣體和同位素同步進行高頻(10Hz)連續的原位監測,同時可以實現痕量溫室氣體含量和碳氧同位素的同步觀測,為痕量溫室氣體的監測和溯源提供了新的工具。
生態系統碳氮循環過程中的多種溫室氣體排放速率(CO2、CH4、N2O等)的實時測定需要提高時間分辨率、空間分辨率,需要原位無損、長時間、全參數、高精度、一體化、自動化和遠程操控等技術協助捕獲參數的微量變化,并通過同位素13C-CO2、18O-CO2溯源,了解碳、氮、水循環耦合過程。
二、系統組成該系統主機Aerodyne閉路氣體分析儀采用可調諧紅外激光直接吸收光譜(TILDAS)技術,用中紅外激光探測氣體分子,像散型多光程吸收池技術有效測量光程高達210m,有效提高氣體分子的測量精度,達ppt級。
可以同時測量痕量氣體及碳氧同位素N2O、CH4、H2O、CO2、δ13C-CO2、δ18O-CO2。
三、技術特點
1、用中紅外激光直接吸收技術,測量頻率可達10Hz,檢測限達ppt級。
2、雙激光測量技術,一個分析儀同時測量多個痕量氣體和同位素,減少多臺系統測量時的系統誤差。
3、TDLWINTEL軟件提供光譜回放模式,可選擇HITRAN光譜標庫里的標準光譜曲線,對測量的光譜重新擬合,對測量結果重新判定,其它品牌無法做到。如,若標氣不純、含雜質,可從光譜回放中判定。
4、多氣體測量時,可用高純度氮(99。9992%)沖洗測量室,定期測定零氣光譜,去除背景干擾。
5、每次測量時關閉激光,從“Zero”測量光譜絕對值(非差分法、光腔衰蕩),測量過程無需標定。
6、技術-活性鈍化裝置可顯著提高粘性氣體分子如NH3的響應時間,實現粘性氣體和非粘性氣體的同步觀測,如NH3,CO2,O3,N2O,CH4同步觀測。
7、技術-慣性顆粒物去除接口,專門用于粘性氣體測量時,去除進氣口顆粒物殘余,去除對二次采樣的污染。
8、具有激光頻點校準腔室,可以在測量過程中實時校準激光吸收光譜頻點,防止頻點飄移。
四、技術參數
參數 | N2O | CH4 | CO2 | H2O |
精度 1s | 0.03ppb | 0.1ppb | 100ppb | 10ppm |
精度 100s | 0.01ppb | 0.25ppb | 25ppb | 5ppm |
測量范圍 | 0-10000ppb | 0-10000ppb | 0-5000ppm | 0-5000ppm |
響應時間 | 1-10HZ可選 | 1-10HZ可選 | 1-10HZ可選 | 1-10HZ可選 |
參數 | CO2 | δ13C | δ18O |
精度 1s | 25ppb | 0.1‰ | 0.1‰ |
精度 10s | - | 0.03‰ | 0.035‰ |
精度120s | 10ppb | 0.02‰ | 0.03‰ |
響應時間 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 | 1-10Hz可選 |
五技術應用
文獻信息:
Long-termeddycovariancemeasurementsoftheisotopiccompositionoftheecosystem–atmosphereexchangeofCO2inatemperateforest
溫帶森林生態系統同位素組成的長期渦動協方差測量——大氣CO2交換
CO2凈生態系統-大氣交換(NEE)的穩定同位素組成攜帶了有關生態系統碳循環機制的信息。二氧化碳在水中的羧化、擴散和溶解等過程分餾了二氧化碳的同位素。因此,凈CO2交換的同位素組成可用于探測這些過程,并為評估生物物理生態系統模型提供獨立的約束條件。它還可以闡明生態系統對大氣同位素收支的影響,這對陸地/海洋、源/匯分配有影響。此外,它還可用于將NEE劃分為初級生產力總量和生態系統呼吸總量。
NEE通常最直接的測量方法是渦流協方差(EC)法,在缺乏直接同位素通量測量的情況下,一些旨在劃分NEE的研究中使用了所謂的EC/燒瓶法(Bowlingetal.,1999)間接確定了NEE的碳同位素組成。13C在1秒到30分鐘的時間范圍內發生,典型的標準偏差僅為0.02‰(Saleska等人,2006年),在2008年開發出專門的量子級聯激光光譜儀(TILDAS)之前,還沒有能夠直接監測二氧化碳同位素的儀器。與標準EC系統一樣,在平靜的夜晚觀察到“lostflux”,在其他時段也發揮一定作用。
與積分時間(τ),對于40min的校準間隔以及幾乎相等的樣品和參考池CO2摩爾混合比。細對角線是白噪聲的相應期望值。垂直的橙色虛線標志著哈佛森林渦旋輸送的主要時間尺度。作為比較,Allan偏差為δ13C,無校準(實線灰線)和校準(虛線灰線)。
渦動協方差要求較高的采樣率,粗略地說,在渦動輸送的主要時間尺度上整合數據。我們的共譜(見第4.3節)表明,在哈佛森林,渦動輸送在1到1000秒的時間尺度上非常重要,峰值約為50秒或30秒(取決于您是考慮傅立葉還是多分辨率共譜)。因此,上圖表明,EC系統的TILDAS儀器噪聲約為C=18ppb,δ13C=0.02‰,δ18O=0.04‰(在40秒時用橙色垂直虛線標記)。
上圖.QCLS噪聲(σm),單位為C(黑色,ppm)δ13C(綠色,‰),和δ18O(藍色,‰)與校準間隔(△tcal),積分時間為100s,樣品和參考池CO2摩爾混合比幾乎相等。
上圖展示了光譜儀的特殊穩定性,如使用△tcal等于4分鐘(短校準時間間隔)可將噪聲降低到2倍左右。
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