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HT8700歐盟案例：使用梯度法、渦動相關(guān)法和兩種新型開路儀器的氨沉降測量
2021年初，HT8700高精度大氣氨本底激光開路分析儀遠(yuǎn)銷荷蘭。在這一年多當(dāng)中，HT8700在荷蘭參與了一項(xiàng)由荷蘭應(yīng)用科學(xué)院(TNO, the Netherlands Organisation for applied scientific research)和荷蘭國家公共衛(wèi)生與環(huán)境研究所(RIVM, National Institute for Public Health and the Environment)合作的項(xiàng)目，與另一個(gè)高精度、定制化、基于紫外差分法的RIVM-miniDOAS 2.2D 儀器同時(shí)進(jìn)行氨通量測量，并進(jìn)行交叉比對，研究結(jié)果已投稿于《Atmospheric Measurement Techniques》。
在荷蘭，氨的干沉降是從大氣向土壤和植被的氮沉降的最大來源，導(dǎo)致富營養(yǎng)化和生物多樣性喪失等生態(tài)危機(jī)。然而，學(xué)術(shù)界對于氨通量測量的數(shù)據(jù)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(gè)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(shù)可以被認(rèn)為是氨通量測量的黃金標(biāo)準(zhǔn)，這使得新技術(shù)的測試和判斷其質(zhì)量變得復(fù)雜。
這項(xiàng)研究展示了兩種新型測量裝置的相互比較結(jié)果，旨在以半小時(shí)分辨率測量氨的干沉降。在為期五周的比較期內(nèi)，研究人員在荷蘭 Cabauw 的 Ruisdael 觀測站并排運(yùn)行了兩種光學(xué)開放路徑的通量觀測技術(shù)：其一是使用基于紫外差分法的新型 RIVM-miniDOAS 2.2D 儀器、結(jié)合梯度法通量技術(shù)，其二是使用新型寧波海爾欣光電科技有限公司HT8700E大氣氨濃度通量分析儀和渦動相關(guān)技術(shù)。
圖一 HT8700大氣氨濃度通量分析儀器部署于荷蘭的觀測站
RIVM-miniDOAS 2.2D和HT8700E均為開路，式光學(xué)儀器，在測量過程中直接測量氨在大氣中的含量。若使用閉路技術(shù)，由于采樣的誤差，不同儀器測量濃度得出氨沉降值將會大不相同。
在迎風(fēng)地形均勻又沒有附近障礙物時(shí)，兩種不同的技術(shù)顯示出非常相似的結(jié)果(相關(guān)性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(shí)時(shí)的通量和濃度變化，兩種截然不同的技術(shù)中獲得了相似的結(jié)果，這證實(shí)了兩種儀器都能夠在至少幾周的連續(xù)時(shí)間內(nèi)以高時(shí)間分辨率測量氨通量。不過這個(gè)相關(guān)性也會受到其他因素影響，例如當(dāng)風(fēng)向受到附近障礙物干擾時(shí)。
圖二 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(gè)系統(tǒng)的技術(shù)性能(例如，正常運(yùn)行時(shí)間、精度)和實(shí)際限制。miniDOAS 系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)間在運(yùn)行后可達(dá)到 100%，但其定期校準(zhǔn)占據(jù)了35% 運(yùn)行時(shí)間。而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)鏡面涂層可能會退化，導(dǎo)致約21%的數(shù)據(jù)缺失(針對此問題的升級版光學(xué)鏡面已經(jīng)交付客戶使用，新的野外實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中)。
雖然HT8700E 系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的獨(dú)立運(yùn)行時(shí)間有限，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，為未來的升級迭代版本打開了良好的前景，將能適用于業(yè)務(wù)化的實(shí)時(shí)氨通量監(jiān)控應(yīng)用。
這些儀器所提供的嶄新高時(shí)間分辨率數(shù)據(jù)將促進(jìn)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(xué)傳輸模型進(jìn)行參數(shù)化。
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在荷蘭潮濕多雨的氣候環(huán)境中，我司的工程師根據(jù)客戶反饋對HT8700光學(xué)鏡面進(jìn)行了升級，面對長期老化的考驗(yàn)將更加可靠！在這篇論文投稿之后，客戶用上了升級的光學(xué)鏡面，進(jìn)行全新一輪野外測試。
圖三 HT8700搭載升級版光學(xué)鏡面，進(jìn)行全新一輪野外測試
參考文獻(xiàn)
Swart, D., Zhang, J., van der Graaf, S., Rutledge-Jonker, S., Hensen, A., Berkhout, S., Wintjen, P., van der Hoff, R., Haaima, M., Frumau, A., van den Bulk, P., Schulte, R., and van Goethem, T.: Measuring dry deposition of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods with two novel open-path instruments, Atmos. Meas. Tech. Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/amt-2022-171, in review, 2022.
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寧波海爾欣光電科技有限公司長期專注于激光光譜檢測技術(shù)(QCL/ICL+TDLAS)，在高靈敏度痕量氣體分子光電分析領(lǐng)域擁有核心知識產(chǎn)權(quán)。旗下品牌昕虹光電提供圍繞高靈敏度痕量氣體分析的光電器件、模塊及解決方案；昕甬智測專業(yè)開發(fā)面對污染氣體和溫室氣體的分析儀器，適應(yīng)各類場景的氣體濃度/通量監(jiān)測，為碳中和研究與減污降碳協(xié)同效應(yīng)監(jiān)測提供先進(jìn)水平的國產(chǎn)儀器設(shè)備。