助力“雙碳” 安光所在溫室氣體通量監測方面取得新進展

當前，大氣中的一氧化碳濃度超過410ppm，比工業前濃度高出近50%，增長速度在近5500萬年中前所未有。隨著大氣中溫室氣體的增多，由溫室氣體引發的氣候變化和生態環境問題逐漸成為全球關注的焦點，通過高靈敏度的溫室氣體監測儀器監測來監測溫室氣體的通量排放，在了解當地氣候情況和環境管理方面有著重要意義。

 

可調諧二極管激光吸收光譜(TDLAS)技術是一種利用二極管激光器的波長調諧特性，獲得被選定的待測氣體特征吸收線的吸收光譜，從而對相關氣體進行定性或者定量分析的技術，憑借其響應速度快、靈敏度高、容易操作等的優點，常被用于環境監測、醫學診斷以及工業過程檢測等領域。

 

為了解陸地生態系統對碳元素的吞吐情況，科學界提出利用空氣流動產生的湍流渦旋測量溫室氣體的排放量。利用可調諧二極管激光吸收光譜渦度相關監測技術與設備是生態系統中溫室氣體通量收支情況觀測的重要手段。

 

渦流協方差(EC)技術是測量大氣中物質和能量交換的重要方法，它可利用配備有足精度傳感器的氣體分析儀來測量生態系統中的碳交換。利用渦流協方差技術測量氣體通量的方法主要有開放光路式和閉路式兩種。

 

總體來看，開放光路式優于閉路式。開放光路是一種原位測量，與閉路式測量相比，它具有系統功耗低、重量輕等特點，閉路是的系統哄好高達數百瓦，重量有時高達數百公斤。然而，傳統開放光路式長時間在野外環境中工作，也臨著鏡片鍍膜污染和腐蝕等問題。

 

日前，中科院合肥研究院安光所的高曉明團隊在知名期刊Optics Express上針對開放光路式測量技術上的上述缺陷，發表了相關研究成果，題為《基于TDLAS的開放光路防污染多通池氣體分析儀用于實時監測大氣水蒸氣(H2O)和二氧化碳(CO2)通量》。

 

研究團隊針對開放光路式鏡片鍍膜易污染、腐蝕的問題，首次提出了反面鍍膜的防腐蝕、防污染開放光路多通池的設計，有效避免了外界環境對鏡片膜層的污染和腐蝕。研究團隊將該設計應用于大氣溫室氣體的監測設備中，提高了開放光路系統的穩定性和耐用性。

 

此外，研究團隊利用新開發的設備對小麥季節農田生態系統CO2和H2O通量進行了為期一個月的外場對比觀測實驗，其觀測結果與國際上主流的監測儀器具有良好的一致性。

 

2020年，我國在第七十五屆聯合國大會上宣布，中國將力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和目標。碳達峰碳中和是我國作出的重大戰略決策，提升陸地生態系統碳匯是實現我國“碳中和”目標最綠色和經濟的有效途徑，該設計的開發為我們持續監測生態系統的碳吞吐情況開發了新途徑。

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