助力“雙碳” 安光所在溫室氣體通量監(jiān)測方面取得新進(jìn)展
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】當(dāng)前，大氣中的一氧化碳濃度超過410ppm，比工業(yè)前濃度高出近50%，增長速度在近5500萬年中前所未有。隨著大氣中溫室氣體的增多，由溫室氣體引發(fā)的氣候變化和生態(tài)環(huán)境問題逐漸成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，通過高靈敏度的溫室氣體監(jiān)測儀器監(jiān)測來監(jiān)測溫室氣體的通量排放，在了解當(dāng)?shù)貧夂蚯闆r和環(huán)境管理方面有著重要意義。
可調(diào)諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術(shù)是一種利用二極管激光器的波長調(diào)諧特性，獲得被選定的待測氣體特征吸收線的吸收光譜，從而對(duì)相關(guān)氣體進(jìn)行定性或者定量分析的技術(shù)，憑借其響應(yīng)速度快、靈敏度高、容易操作等的優(yōu)點(diǎn)，常被用于環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷以及工業(yè)過程檢測等領(lǐng)域。
為了解陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)碳元素的吞吐情況，科學(xué)界提出利用空氣流動(dòng)產(chǎn)生的湍流渦旋測量溫室氣體的排放量。利用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜渦度相關(guān)監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備是生態(tài)系統(tǒng)中溫室氣體通量收支情況觀測的重要手段。
渦流協(xié)方差(EC)技術(shù)是測量大氣中物質(zhì)和能量交換的重要方法，它可利用配備有足精度傳感器的氣體分析儀來測量生態(tài)系統(tǒng)中的碳交換。利用渦流協(xié)方差技術(shù)測量氣體通量的方法主要有開放光路式和閉路式兩種。
總體來看，開放光路式優(yōu)于閉路式。開放光路是一種原位測量，與閉路式測量相比，它具有系統(tǒng)功耗低、重量輕等特點(diǎn)，閉路是的系統(tǒng)哄好高達(dá)數(shù)百瓦，重量有時(shí)高達(dá)數(shù)百公斤。然而，傳統(tǒng)開放光路式長時(shí)間在野外環(huán)境中工作，也臨著鏡片鍍膜污染和腐蝕等問題。
日前，中科院合肥研究院安光所的高曉明團(tuán)隊(duì)在知名期刊Optics Express上針對(duì)開放光路式測量技術(shù)上的上述缺陷，發(fā)表了相關(guān)研究成果，題為《基于TDLAS的開放光路防污染多通池氣體分析儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測大氣水蒸氣(H2O)和二氧化碳(CO2)通量》。
研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)開放光路式鏡片鍍膜易污染、腐蝕的問題，首次提出了反面鍍膜的防腐蝕、防污染開放光路多通池的設(shè)計(jì)，有效避免了外界環(huán)境對(duì)鏡片膜層的污染和腐蝕。研究團(tuán)隊(duì)將該設(shè)計(jì)應(yīng)用于大氣溫室氣體的監(jiān)測設(shè)備中，提高了開放光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性。
此外，研究團(tuán)隊(duì)利用新開發(fā)的設(shè)備對(duì)小麥季節(jié)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2和H2O通量進(jìn)行了為期一個(gè)月的外場對(duì)比觀測實(shí)驗(yàn)，其觀測結(jié)果與國際上主流的監(jiān)測儀器具有良好的一致性。
2020年，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)上宣布，中國將力爭2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。碳達(dá)峰碳中和是我國作出的重大戰(zhàn)略決策，提升陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯是實(shí)現(xiàn)我國“碳中和”目標(biāo)最綠色和經(jīng)濟(jì)的有效途徑，該設(shè)計(jì)的開發(fā)為我們持續(xù)監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)的碳吞吐情況開發(fā)了新途徑。
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