LI-7810和LI-7815成功部署在愛(ài)爾蘭梅斯黑德大氣觀測(cè)站，監(jiān)測(cè)大氣CH4和CO2的本底濃度

原文以Long-Term Atmospheric Monitoring of Background CH₄ and CO₂ Using the LI-7810 and LI-7815 Trace Gas Analyzers為標(biāo)題發(fā)表在 LI-COR網(wǎng)站上。

對(duì)大氣溫室氣體濃度的本底監(jiān)測(cè)，需要儀器符合世界氣象組織/全球大氣觀測(cè)計(jì)劃（WMO/GAW）規(guī)定的測(cè)量精準(zhǔn)度。

LI-COR研發(fā)的新型溫室氣體分析儀，采用先進(jìn)的光反饋-腔增強(qiáng)激光光譜技術(shù)（OF-CEAS），高精準(zhǔn)度測(cè)量大氣中的CH₄、CO₂和N₂O濃度（圖1）。

這一系列溫室氣體分析儀，整機(jī)輕至10.5kg；功耗僅為22W（鋰電續(xù)航8小時(shí)以上）；測(cè)量響應(yīng)時(shí)間<2s；能夠在零下25℃至零上45℃溫度內(nèi)正常工作。

圖1 LI-COR研發(fā)的系列新型溫室氣體分析儀（CH₄/CO₂/N₂O）

這些卓越的性能特點(diǎn)，擺脫了傳統(tǒng)激光氣體分析儀體積龐大、沉重、高功耗、響應(yīng)時(shí)間慢及無(wú)法在零下環(huán)境中使用的束縛，極大拓展了其應(yīng)用場(chǎng)景。

2020年，LI-7810和LI-7815分析儀通過(guò)了歐洲綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)（ICOS）標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估。該測(cè)試由第三方專業(yè)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心氣候與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LSCE）承擔(dān)（點(diǎn)擊了解更多）。

另外，加利福尼亞大學(xué)斯克里普斯海洋研究所的大氣研究人員，參照世界氣象組織/全球大氣觀測(cè)計(jì)劃WMO/GAW 實(shí)驗(yàn)室間測(cè)量兼容性目標(biāo)，通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，評(píng)估了這兩款儀器的性能。

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，LI-7810和LI-7815適用于大氣CH₄和CO₂的本底濃度監(jiān)測(cè)。

同年，研究者們把LI-7810和LI-7815部署在了愛(ài)爾蘭的梅斯黑德大氣研究站（圖2），并定期向歐洲綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)（ICOS）和世界氣象組織/全球大氣觀測(cè)計(jì)劃（WMO/GAW）網(wǎng)絡(luò)報(bào)告數(shù)據(jù)。

圖2 梅斯黑德大氣研究站（Mace Head Atmospheric Research Station），位于愛(ài)爾蘭西海岸，該研究站自1975年開(kāi)始運(yùn)行。它是全球大氣高級(jí)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)（Advanced Global Atmospheric Gases Experiment ，簡(jiǎn)稱AGAGE）中的8個(gè)全球研究站之一。來(lái)自全球的科學(xué)家們使用該實(shí)驗(yàn)站測(cè)量的數(shù)據(jù)，發(fā)表了大量的研究性論文。源/Researchgate

儀器部署

采樣進(jìn)氣口位于高塔頂部，大氣樣品被輸送到位于高塔底部室內(nèi)的多個(gè)氣體分析儀中進(jìn)行測(cè)量（圖3A）。

大氣樣品使用LI-7810和LI-7815連續(xù)測(cè)量，并周期性的使用標(biāo)氣對(duì)分析儀進(jìn)行校準(zhǔn)。氣體樣品通過(guò)VICI Valco多端口旋轉(zhuǎn)閥實(shí)現(xiàn)切換（圖3C），使用GCWerks軟件控制。

圖3 A梅斯黑德大氣研究站；B LI-7810和LI-7815氣體分析儀；C是氣體樣品測(cè)量氣路和校準(zhǔn)裝置。A圖由Gavin Kelly拍攝，版權(quán)所有 Colin O'Dowd，LI-COR有轉(zhuǎn)載授權(quán)。

數(shù)據(jù)結(jié)果

從2020年7月至2021年1月，將LI-7810和之前部署的儀器，進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比（圖4）。

圖 4 LI-7810與之前部署的儀器進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比：包括A CH₄濃度、B數(shù)據(jù)差異（未去除水汽影響）和C數(shù)據(jù)比率。

對(duì)CH₄數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，在去除水汽影響的情況下（根據(jù)ICOS測(cè)量要求），兩款儀器的測(cè)量差值約為~1ppb，約占典型CH₄本底濃度（~2000ppb）的0.05%。LI-7815和之前儀器的數(shù)據(jù)對(duì)比，差值約為~0.1ppm。

結(jié)論

LI-7810和LI-7815采集的數(shù)據(jù)，符合世界氣象組織/全球大氣觀測(cè)計(jì)劃（WMO/GAW）以及歐洲綜合碳觀測(cè)系統(tǒng)（ICOS）的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，適合CH₄和CO₂大氣本底濃度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

致謝

Damien Martin, National University of Ireland, Galway, Ireland

Gerard Spain, Mace Head Research Station, Galway, Ireland

Dickon Young, University of Bristol, UK

Michael Geever, National University of Ireland, Galway, Ireland

Peter Salameh, Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, CA, USA

Simon O’Doherty, University of Bristol, UK

參考文獻(xiàn)

ICOS Atmospheric Thematic Centre Test Reports Report for the LI-7810, Report for the LI-7815

AGU 2019 Poster Development of Trace Methane and Trace Carbon Dioxide Analyzers - Performance Evaluation Studies, GCWerks Integration, and Results of Field Deployment, AGU Fall Meeting, 2019, Graham Leggett1, K. Minish1 , I. Begashaw1 , M. Johnson1 , A.Komissarov1 , D. Trutna1 , R. Walbridge1 ,Peter Salameh2 , Jooil Kim2 1 LI-COR Biosciences, Lincoln, Nebraska, USA, 2 Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, La Jolla, California, USA

WMO GAW Report 20th WMO/IAEA Meeting on Carbon Dioxide, Other Greenhouse Gases and Related Measurement Techniques (GGMT-2019), Jeju Island, South Korea, 2–5 September 2019, World Meteorological organization Global Atmosphere Watch