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從實(shí)驗(yàn)室到農(nóng)田：兩種氨氣測(cè)量?jī)x器對(duì)比實(shí)驗(yàn)
荷蘭應(yīng)用科學(xué)院（TNO, the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）和荷蘭國(guó)家公共衛(wèi)生與環(huán)境研究所（RIVM, National Institute for Public Health and the Environment）的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)發(fā)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，現(xiàn)已發(fā)表于《Atmospheric Measurement Techniques》。
實(shí)驗(yàn)背景
人類(lèi)通過(guò)農(nóng)業(yè)、工業(yè)和燃燒過(guò)程改變了全球氮循環(huán)，導(dǎo)致地球系統(tǒng)中反應(yīng)性氮(Nr)水平提高。氨氣(NH3)的干沉降是氮沉降的重要組成部分，特別是在荷蘭，占總氮沉降的三分之一以上。因此，準(zhǔn)確量化NH3的生物圈-大氣交換對(duì)于研究區(qū)域和全球范圍內(nèi)的NH3預(yù)算、監(jiān)測(cè)趨勢(shì)、評(píng)估減排效果和改進(jìn)空氣質(zhì)量和沉降模型至關(guān)重要。然而，直接長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量NH3交換的數(shù)據(jù)相對(duì)較少。
論文摘要
在荷蘭Cabauw的Ruisdael站進(jìn)行的一項(xiàng)為期5周的實(shí)驗(yàn)，比較了兩種新型開(kāi)放光路測(cè)量設(shè)備。實(shí)驗(yàn)中使用了Healthy Photon HT8700E大氣氨激光開(kāi)路分析儀和另外一種基于空氣動(dòng)力學(xué)梯度技術(shù)的激光開(kāi)路分析儀。
兩種儀器分別采用了不同的測(cè)量原理和技術(shù)，前者采用渦度協(xié)方差法(EC)，后者采用空氣動(dòng)力學(xué)梯度法(AGM)。盡管兩者的測(cè)量原理不同，但在無(wú)障礙均勻地形條件下，兩者的測(cè)量結(jié)果高度相似，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.87，累計(jì)通量差異約為10%。
儀器部署
這項(xiàng)研究比較了基于渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)的HT8700E大氣氨激光開(kāi)路分析儀和另外一種基于空氣動(dòng)力學(xué)梯度技術(shù)的激光開(kāi)路分析儀在測(cè)量氨氣（NH3）干沉積和排放方面的性能。
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：荷蘭Cabauw研究站的草地上
時(shí)間段：2021年8月24日至10月11日，為期7周
設(shè)置：
HT8700E安裝在一個(gè)鋼制支架上，光路中心距地面2.80米。
另外一種激光開(kāi)路分析儀放置在一個(gè)小容器中，兩個(gè)22.1米的光路分別位于0.76米和2.29米高處。
還配備了超聲風(fēng)速計(jì)和其他輔助儀器以測(cè)量三維風(fēng)速和氣體濃度。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
通量測(cè)量：
兩種儀器在測(cè)量氨氣通量方面的結(jié)果非常相似（相關(guān)系數(shù)r = 0.87）。累計(jì)通量差異約為10%，前提是上風(fēng)方向的地形均勻且無(wú)障礙物。
HT8700與另外一種激光開(kāi)路分析儀所測(cè)量的氨通量變化顯示高度的一致性
運(yùn)行時(shí)間：
HT8700E在下雨期間和下雨后不久數(shù)據(jù)有效性較低，并且其早期產(chǎn)品使用的光學(xué)鏡面涂層可能會(huì)退化，導(dǎo)致約21%的數(shù)據(jù)缺失，針對(duì)此問(wèn)題海爾欣·昕甬智測(cè)升級(jí)了光學(xué)鏡面，采用了一種全新的鏡面涂層技術(shù)，增強(qiáng)耐腐蝕性，有效解決了數(shù)據(jù)缺失問(wèn)題，并已經(jīng)交付客戶(hù)使用。
另外一種激光開(kāi)路分析儀一旦運(yùn)行，其正常運(yùn)行時(shí)間可達(dá)100%，但需要定期重新校準(zhǔn)（7周運(yùn)行時(shí)間的35%）。
Healthy Photon HT8700E基于渦動(dòng)相關(guān)技術(shù)，提供最直接的表面-大氣氣體交換測(cè)量，采用量子級(jí)聯(lián)激光器（QCL）技術(shù)，避免了封閉路徑系統(tǒng)中使用進(jìn)樣管導(dǎo)致的信號(hào)損失。對(duì)電力需求低，安裝更便捷，可用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的監(jiān)測(cè)。
雖然HT8700E在惡劣天氣條件下的獨(dú)立運(yùn)行時(shí)間有限，但在適當(dāng)?shù)那闆r下，該系統(tǒng)仍然可以提供良好的結(jié)果，為未來(lái)的升級(jí)迭代版本打開(kāi)了良好的前景，目前HT8700E經(jīng)過(guò)產(chǎn)品升級(jí)，增加自動(dòng)清洗、降雨傳感、鏡片加熱模塊，能夠更好的應(yīng)對(duì)野外環(huán)境氣候，以保證實(shí)地的長(zhǎng)期觀(guān)測(cè)，使儀器分析結(jié)果更精準(zhǔn)、更可靠。
Refer：
Swart D.et al., Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods. Atmospheric Measurement Techniques, 16(2), 529-546, 2023.