觀測應用

大氣中CO₂、CH₄、N₂O等溫室氣體迅速增加，是造成氣候變化的最重要因素之一。 痕量溫室氣體的測定對準確評估大氣溫室氣體源匯至關重要，目前在定量估計溫室氣體吸收匯方面還存在很大的不確定性，比較而言，甲烷吸收匯和吸收匯的不確定性比CO₂吸收匯大得多。

新一代的Aerodyne穩定碳氮氣體同位素光譜儀可以對氣體和同位素同步進行高頻（10Hz）連續的原位監測，同時可以實現痕量溫室氣體含量和碳氧同位素的同步觀測，為痕量溫室氣體的監測和溯源提供了新的工具。

生態系統碳氮循環過程中的多種溫室氣體排放速率（CO₂、CH₄、N₂O等）的實時測定需要提高時間分辨率、空間分辨率，需要原位無損、長時間、全參數、高精度、一體化、自動化和遠程操控等技術協助捕獲參數的微量變化，并通過同位素¹³C-CO₂ 、¹⁸O-CO₂溯源，了解碳、氮、水循環耦合過程。

系統組成

       該系統主機Aerodyne閉路氣體分析儀采用可調諧紅外激光直接吸收光譜（TILDAS）技術， 用中紅外激光探測氣體分子，的像散型多光程吸收池技術有效測量光程高達210m，有效提高氣體分子的測量精度，達ppt級。可以同時測量痕量氣體及碳氧同位素N₂O、 CH₄、H₂O、CO₂、 δ¹³C-CO₂、δ¹⁸O-CO₂ 。

技術特點

1、 用中紅外激光直接吸收技術，測量頻率可達10Hz，檢測限達ppt級。

2、的雙激光測量技術，一個分析儀同時測量多個痕量氣體和同位素，減少多臺系統測量時的系統誤差。

3、TDLWINTEL軟件提供光譜回放模式，可選擇HITRAN光譜標庫里的標準光譜曲線，對測量的光譜重新擬合，對測量結果重新判定， 其它品牌無法做到。如，若標氣不純、含雜質，可從光譜回放中判定。

4、多氣體測量時，可用高純度氮(99.9992%)沖洗測量室，定期測定零氣光譜，去除背景干擾。

5、每次測量時關閉激光，從“Zero”測量光譜值（非差分法、光腔衰蕩），測量過程無需標定。

6、技術-活性鈍化裝置可顯著提高粘性氣體分子如NH3的響應時間，實現粘性氣體和非粘性氣體的同步觀測，如NH₃, CO₂, O₃，N₂O, CH₄同步觀測。

7、技術-慣性顆粒物去除接口，專門用于粘性氣體測量時，去除進氣口顆粒物殘余，去除對二次采樣的污染。

8、具有激光頻點校準腔室，可以在測量過程中實時校準激光吸收光譜頻點，防止頻點飄移。

技術參數

技術應用

文獻信息：

Long-term eddy covariance measurements of the isotopic composition of the ecosystem–atmosphere exchange of CO₂ in a temperate forest

溫帶森林生態系統同位素組成的長期渦動協方差測量——大氣CO₂交換

CO₂凈生態系統-大氣交換（NEE）的穩定同位素組成攜帶了有關生態系統碳循環機制的信息。二氧化碳在水中的羧化、擴散和溶解等過程分餾了二氧化碳的同位素。因此，凈CO₂交換的同位素組成可用于探測這些過程，并為評估生物物理生態系統模型提供獨立的約束條件。它還可以闡明生態系統對大氣同位素收支的影響，這對陸地/海洋、源/匯分配有影響。此外，它還可用于將NEE劃分為初級生產力總量和生態系統呼吸總量。

NEE通常最直接的測量方法是渦流協方差（EC）法，在缺乏直接同位素通量測量的情況下，一些旨在劃分NEE的研究中使用了所謂的EC/燒瓶法（Bowling et al.，1999）間接確定了NEE的碳同位素組成。 ¹³C在1秒到30分鐘的時間范圍內發生，典型的標準偏差僅為0.02‰（Saleska等人，2006年），在2008年開發出專門的量子級聯激光光譜儀（TILDAS）之前，還沒有能夠直接監測二氧化碳同位素的儀器。與標準EC系統一樣，在平靜的夜晚觀察到“lostflux”，在其他時段也發揮一定作用。

上圖.QCLS噪聲（σm），單位為C（黑色，ppm）δ¹³C（綠色，‰），和δ¹⁸O（藍色，‰）與積分時間（τ），對于40 min的校準間隔以及幾乎相等的樣品和參考池CO₂摩爾混合比。細對角線是白噪聲的相應期望值。垂直的橙色虛線標志著哈佛森林渦旋輸送的主要時間尺度。作為比較，Allan偏差為δ¹³C，無校準（實線灰線）和校準（虛線灰線）。

     渦動協方差要求較高的采樣率，粗略地說，在渦動輸送的主要時間尺度上整合數據。我們的共譜（見第4.3節）表明，在哈佛森林，渦動輸送在1到1000秒的時間尺度上非常重要，峰值約為50秒或30秒（取決于您是考慮傅立葉還是多分辨率共譜）。因此，上圖表明，EC系統的TILDAS儀器噪聲約為C=18 ppb，δ¹³C=0.02‰，δ¹⁸O=0.04‰（在40秒時用橙色垂直虛線標記）。

上圖.QCLS噪聲（σm），單位為C（黑色，ppm）δ¹³C（綠色，‰），和δ¹⁸O（藍色，‰）與校準間隔（△tcal），積分時間為100 s，樣品和參考池CO₂摩爾混合比幾乎相等。上圖展示了光譜儀的特殊穩定性，如使用△tcal等于4分鐘（短校準時間間隔）可將噪聲降低到2倍左右。