[发明专利]一种温室气体排放通量的中红外光谱测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测与保护、气体排放光学检测技术与方法领域，具体为一种温室气体排放通量的中红外光谱测量系统及方法。

背景技术

大气中温室气体浓度的增加引起的全球变暖已经成为全世界面临的重要的环境问题。大气中CO₂、CH₄和N₂O对温室效应的贡献率约80%，农业土壤和草地是这些温室气体排放的重要源。为了控制温室气体的排放，需要更好地理解生态系统主要温室气体排放的基本过程和变化规律，这就需要温室气体源排放与生态通量的测量技术和系统。

目前，测量生态系统地表-大气间温室气体交换的常用方法是箱式方法。箱式方法通常和测量气体浓度的气相色谱法相结合，在测量农田、草地和森林土壤的温室气体排放中应用广泛。箱式方法仪器成本低，灵敏度高。但是，气相色谱法需要采样带回实验室分析，难以实现实时在线测量。并且，箱式方法的代表尺度一般很小（通常从0.01到1m²），不适合大面积的测量或区域的测量。

对于空间排放不均匀的源，适合采用微气象学方法进行测量，因为它们测量的是平均排放速率，并且不会对源的排放产生干扰。通量-梯度技术是传统的微气象学方法，通过测量气象要素和待测气体浓度的垂直分布来获得气体的排放通量。在该技术中，通常测量两个高度的气体浓度差,考虑到植被冠层的影响，待测气体的地表排放通量为

Fg=ku*ρa(Cg,1‾-Cg,2‾)ln(z2-dz1-d)-[ψ(z2-d)-ψ(z1-d)]---(1)]]>

这里F_g是待测气体的通量密度，k是卡曼常数，u_*是摩擦速度，ρ_a是空气密度，C_g是待测气体的浓度，z₁和z₂是两个测量高度，d是零平面位移，ψ是稳定度函数。通量-梯度技术理论成熟，不需要快速响应的仪器，成本低，测量代表的尺度大。

大气中温室气体通量测量的精确度很大程度上取决于气体浓度测量的精度和准确度。吸收光谱技术测量速度快、测量范围广，便于长期连续测量。吸收光谱法中最常用的技术是可调谐二极管激光（TDLAS）吸收光谱技术和FTIR光谱技术。TDLAS光谱技术灵敏度高，分辨率高，响应速度快，但能同时测量的气体成分有限。FTIR光谱技术灵敏度高，光谱分辨率高，并且可进行多组分同时测量。