高精度光譜技術(shù)在小型水體溫室氣體排放中的應(yīng)用研究.pdf

1、獲得高精度的溫室氣體通量數(shù)據(jù)，并對不同區(qū)域之間的溫室氣體排放量級進(jìn)行比較，是控制大氣溫室氣體排放的主要途徑。光譜技術(shù)的發(fā)展為通量觀測，特別是對信噪比較?。ㄈ缧⌒退w等）的區(qū)域提供了高精度的技術(shù)手段。驗(yàn)證光譜儀在野外觀測中的適用性和穩(wěn)定性，明確不同光譜儀之間的測量差異，不僅對野外連續(xù)觀測以及不同通量觀測方法中儀器的選擇和應(yīng)用提供了參考價值，同時也進(jìn)一步拓寬了光譜技術(shù)在大氣溫室氣體探測方面的應(yīng)用研究。
　　本研究基于離軸積分腔輸出光譜

2、(OA-ICOS)、波長調(diào)制光譜(WMS)、非色散紅外光譜(NDIR)原理的三種光譜儀構(gòu)建了通量梯度(FG)和渦度相關(guān)通量觀測系統(tǒng)(EC)，對小型水體水-氣界面溫室氣體濃度和通量進(jìn)行了原位高頻觀測，驗(yàn)證了光譜儀在野外觀測中的適用性和穩(wěn)定性;同時闡述了不同通量觀測方法之間的原理差異、WPL和光譜校正對原始通量數(shù)據(jù)的影響，并明確了基于高精度光譜儀構(gòu)建的通量梯度系統(tǒng)對小型水體的通量信號的檢測能力，主要結(jié)果如下:
　　(1)對光譜儀在線計

3、算氣體濃度原理和濃度觀測結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):對于CO2濃度，NDIR光譜儀和OA-ICOS分析儀測量值的有效數(shù)據(jù)量分別為59％和89％，NDIR光譜儀測量的CO2濃度低于OA-ICOS分析儀測量值約為18.10μmol mol-1，對于H2O濃度，NDIR光譜儀和OA-ICOS分析儀測量值的有效數(shù)據(jù)量分別為63％和89％，NDIR光譜儀測量的H2O濃度低于OA-ICOS分析儀測量值約為3.8mmol mol-1，產(chǎn)生偏差的原因主要由系統(tǒng)誤差、

4、密度和濃度之間轉(zhuǎn)化時大氣溫度和壓強(qiáng)波動以及開路儀器存在漂移帶來的誤差;對于CH4濃度，WMS分析儀和OA-ICOS分析儀測量值的有效數(shù)據(jù)量分別為71％和91％，WMS分析儀測量CH4的濃度值在觀測期間低于OA-ICOS測量值約為0.01μmol mol-1，并且通過研究不同濕度條件下不同光譜儀測量值偏差的變化，發(fā)現(xiàn)低濕條件下(相對濕度為30％～40％)NDIR光譜儀以及WMS分析儀與OA-ICOS分析儀的測量值更為接近，以上分析結(jié)果表明

5、:OA-ICOS分析儀在野外觀測中由于受大氣環(huán)境因素波動影響較小，因此有效數(shù)據(jù)量和濃度準(zhǔn)確度更高，可以作為野外觀測中測量溫室氣體濃度儀器選擇的參考。
　　(2)利用不同光譜儀構(gòu)建通量梯度與渦度相關(guān)通量觀測系統(tǒng)對小型水體進(jìn)行通量觀測發(fā)現(xiàn):不同光譜儀構(gòu)建的通量觀測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對低信噪比區(qū)域小型水體的溫室氣體通量觀測，且兩種通量觀測方法都能夠捕捉到通量的時間變化特征，其中利用OA-ICOS分析儀結(jié)合自組裝的便攜式通量梯度系統(tǒng)能夠觀測到大