文章推薦 | 使用梯度法、渦動相關法和兩種新型開路儀器的氨沉降測量

更新日期：2024-03-18 點擊次數：1564

荷蘭應用科學院（TNO, the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）和荷蘭國家公共衛生與環境研究所（RIVM, National Institute for Public Health and the Environment）的聯合研究團隊發表了一篇題為“ Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods "的研究論文，已發表于《Atmospheric Measurement Techniques》。

實驗項目：使用梯度法、渦動相關法和兩種新型開路儀器的氨沉降測量

項目地點：荷蘭 Ruisdael 觀測站

合作伙伴：荷蘭應用科學院和荷蘭國家公共衛生與環境研究所的聯合研究團隊

部署儀器：HT8700大氣氨激光開路分析儀

項目簡介：

氨的干燥沉積(NH₃)是荷蘭大氣向土壤和植被的氮沉積的最大因素，導致富營養化和生物多樣性的損失。然而，學術界對于氨通量測量的數據十分有限，而且通常最多只有月度分辨率。造成這種情況的一個重要原因是在干燥條件下測量氨通量非常困難。過去，沒有一種技術可以被認為是氨通量測量的黃金標準，這使得新技術的測試和判斷其質量變得復雜。

這項研究展示了兩種新型測量裝置的相互比較結果，旨在以半小時分辨率測量氨的干沉降。在為期五周的比較期內，研究人員在荷蘭 Cabauw 的 Ruisdael 觀測站并排運行了兩種光學開路的通量觀測技術：其一是使用梯度法通量技術新型 RIVM-miniDOAS 2.2D 儀器，其二是寧波海爾欣光電科技有限公司推出的使用渦度協方差技術的HT8700大氣氨激光開路分析儀。

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HT8700大氣氨激光開路分析儀部署于荷蘭的觀測站

RIVM-miniDOAS 2.2D和HT8700大氣氨激光開路分析儀均為開路式光學儀器，在測量過程中直接測量氨在大氣中的含量。除此之外，它們在測量原理和從測量濃度得出沉積值的方法上存在很大差異。

在迎風地形均勻又沒有附近障礙物時，兩種不同的技術顯示出非常相似的結果（r = 0.87）。觀察到的通量從約80 ng NH₃ m^-2 s^-1 的沉降到約140 ng NH₃ m^-2 s^-1 的排放不等。無論是在絕對通量值還是實時的通量和濃度變化，兩種截然不同的技術中獲得了相似的結果，這證實了兩種儀器都能夠在至少幾周的連續時間內以高時間分辨率測量氨通量。不過這個相關性也會受到其他因素影響，例如當風向受到附近障礙物干擾時。

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HT8700與定制化RIVM-miniDOAS 2.2D 儀器所測量的氨通量變化顯示高度的一致性

此外，論文中還討論了兩個系統的技術性能（例如，正常運行時間、精度）和實際局限性。miniDOAS 系統的正常運行時間達到了 100%，但在這次活動中對兩臺儀器進行了定期校準（占7周正常運行時間的35%）。而HT8700在下雨期間和下雨后不久數據有效性較低，并且其早期產品使用的光學鏡面涂層可能會退化，導致約21%的數據缺失（針對此問題的升級版光學鏡面已經交付客戶使用）。

雖然HT8700在惡劣天氣條件下的獨立運行時間有限，在適當的情況下，該系統仍然可以提供良好的結果，為未來的升級迭代版本打開了良好的前景，將能適用于業務化的實時氨通量監控應用。

這些儀器所提供的嶄新的高時間分辨率數據將促進對氨干沉降過程的研究，從而更好地理解氨沉降過程，并更好地對化學傳輸模型進行參數化。

HT8700大氣氨激光開路分析儀產品升級

自動清潔

自動清潔系統使用清洗和噴氣功能來清除下鏡面的灰塵，免除常規的手動清理。并采用了一種全新的鏡面涂層技術，增強耐腐蝕性，以保證實地的長期觀測。

降雨傳感

如遇降雨天氣，系統收集的數據為無效數據。增設降雨識別芯片，通過傳感裝置實時反饋至系統。并將降雨期間收集的數據特殊標注，便于使用者篩選有效數據。

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鏡片加熱

在野外工作過程中會遇到低溫條件，普通鏡片易積水霧，影響鏡片反射效率。開發加熱系統，增設加熱組件，可將鏡片溫度提至高于環境溫度。確保反射能力不受低溫、冷凝、降雨影響，使儀器分析結果更精準、更可靠。

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HT8700搭載升級版光學鏡面，進行全新一輪野外測試

通過這次研究，我們可以看到，RIVM-miniDOAS 2.2D和HT8700大氣氨激光開路分析儀在測量氨沉降方面具有很高的潛力和應用價值。盡管這兩種儀器在測量原理和數據處理方法上存在差異，但在一定條件下，它們都能提供準確可靠的測量結果。此外，通過不斷的技術升級和改進，HT8700大氣氨激光開路分析儀的性能和穩定性得到了進一步提高，為未來的氨沉降測量提供了更好的工具和手段。

總之，這項研究提供了有關氨沉降測量的新思路和新方法，為未來的環境保護和生態學研究提供了新的工具和手段。我們相信，隨著技術的不斷進步和研究的深入，我們將能夠更好地了解氨沉降過程，為保護環境、維護生態平衡和促進可持續發展做出更大的貢獻。