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基于城市高塔的異位通量觀測系統(tǒng)的實例的異位通量觀測系統(tǒng)的應(yīng)用實例

更新時間:2023-08-01      點擊次數(shù):877

 

通量指的是單位時間單位面積的物質(zhì)交換量,常用于衡量表征不同生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)與能量交換強度,在生態(tài)學(xué)研究中已有廣泛的應(yīng)用。城市生態(tài)系統(tǒng)作為最特殊的生態(tài)系統(tǒng),具有人口密度高,污染物排放密度大的特征。研究城市生態(tài)系統(tǒng)污染物的物質(zhì)交換是十分重要的。通量觀測作為最直接物質(zhì)交換測量方法,對測量的高度和觀測位點的空間形態(tài)有著較高的理論要求。城市下墊面復(fù)雜的建筑單元和湍流結(jié)構(gòu)使得城市高塔成為合理的觀測位點,但城市高塔內(nèi)有限的空間和供電條件難以承載原位測量。因此,城市高塔的異位觀測成為城市通量觀測的較優(yōu)解(1為暨南大學(xué)團隊基于北京氣象塔的異位觀測系統(tǒng)示意圖)。

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1. 暨南大學(xué)團隊基于城市高塔的異位通量觀測系統(tǒng)示意圖

暨南大學(xué)袁斌教授與合作者在位于北京市中國科學(xué)院大氣物理研究所的北京氣象鐵塔(圖1),基于超長采樣管路對氣態(tài)大氣組分(包括揮發(fā)性有機物,溫室氣體等)進行基于高塔的通量觀測。該氣象塔高325米,位于北京市北三環(huán)路與北四環(huán)路之間,建成于1979年,主要為北京地區(qū)空氣污染和大氣邊界層、大氣湍流等研究提供觀測平臺,該氣象塔高度為世界三。周邊地勢相對平坦,建筑多為居民區(qū)和商業(yè)區(qū),并有條帶狀分布的城市公園綠化帶。北京氣象塔成為研究城市物質(zhì)交換,溫室氣體和污染物形成及排放機制的佳測量位點。

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2. 北京氣象鐵塔實拍圖片 (圖片來源:暨南大學(xué))

在該期觀測實驗中,暨南大學(xué)團隊將三維超聲風(fēng)速儀和PFA 采樣管路架設(shè)在北京氣象鐵塔102m平臺(2)。基于超長PFA管路和位于地面的在線分析儀器,能夠有效測量獲取多類組分濃度的高時間分辨率垂直觀測數(shù)據(jù)。經(jīng)過技術(shù)評估,超長管路的對多類組分的損耗較小(150m管路損耗小于5%),可滿足和實現(xiàn)異位通量觀測和垂直梯度觀測的技術(shù)需求。成果得到了業(yè)內(nèi)專家的認可,已作為內(nèi)封面(Front inside cover)發(fā)表在Environmental Science: Atmospheres期刊1。

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3. 圖為三維超聲風(fēng)速儀和PFA 采樣管路在102m平臺架設(shè)的實物圖。

在通量觀測系統(tǒng)中,需要能夠捕捉和表征污染物微小波動的污染物檢測器。這些檢測器需要達到超高的采樣頻率,通常需要達到與三維超聲風(fēng)速儀相同的采樣頻率(10Hz:采樣間隔為0.1s)。這對儀器的各項技術(shù)指標(biāo)提出了高的要求。

北京澳作生態(tài)與暨南大學(xué)團隊袁斌教授合作,將最新引進的Aerodyne雙激光痕量氣體分析儀TILDAS)測量系統(tǒng)應(yīng)用于高塔的通量觀測中。該套系統(tǒng)采用可調(diào)諧紅外激光直接吸收光譜技術(shù),借助在中紅外波長段目標(biāo)分子指紋躍遷頻率光譜的穩(wěn)定性,采用像散型多光程吸收池技術(shù),將光路延長達76m甚至更長(210m),進一步提高了靈敏度。該儀器不僅能夠?qū)Π?/span>N2O, NH3, CO2, CH4, CH3OH, O3共六種大氣組分的濃度同時開展10Hz的觀測,而且其數(shù)據(jù)采集模塊能夠穩(wěn)妥的將采集到的高頻數(shù)據(jù)記錄下來,滿足高頻測試和高頻記錄的雙重需求,整套系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。


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4. Aerodyne雙激光痕量氣體分析儀的實物圖(長×寬×高為:70*56*62)

 

 

 

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