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痕量气体移动测量技术(车载、船载、机载

简要描述:AERODYNE粘性气体监测系统使用可调谐红外激光直接吸收光谱(TILDAS),在中红外波长段,来探测分子显著的指纹跃迁频率。

  • 产品型号:AERODYNE
  • 厂商性质:生产厂家
  • 更新时间:2024-01-12
  • 访  问  量:684

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详细介绍

    AERODYNE粘性气体监测系统使用可调谐红外激光直接吸收光谱(TILDAS),在中红外波长段,来探测分子显著的指纹跃迁频率。采用像散型多光程吸收池技术——其光路可达76m甚至更长,进一步提高了灵敏度。直接吸收光谱法,可以实现痕量气体浓度的快速测量(<1s),而且不需要复杂的校准步骤。此外,采用TILDAS技术,可不受其他分子的干扰,能够得到非常精准的检测。

    1.1车载应用:天然气设施甲烷排放:用示踪剂流量比法测量两个美国天然气生产盆地

    Aerodyne移动实验室使用阶梯面包车和小型AML(MinAML)货运面包车支持成套的气象和分析设备。每辆车都配备了GPS和风监测器,并连续采样环境空气中的甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、示踪剂释放气体一氧化二氮(N2O)和乙炔(C2H2)以及其他痕量气体。随行的示踪剂释放车配备了运输、释放和记录示踪剂气流的设备。甲烷和示踪剂测量是使用Aerodyne研究公司的可调谐红外激光直接吸收光谱(Tildas)痕量气体监视器进行的。示踪剂释放的定位和测量仅限于公共道路。

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    数据采集方式及频率:每天与其他研究团队协作在一个群集中进行抽样。的群集中,根据主要的地面风向,根据顺风道路的进入位置来选择和访问站点,并有望代表较大研究区域的排放源分布。每天,操作员中的一名护送人员被分配到每个测量组。护送人员不知道提前会对哪个地区或哪一组地点进行抽查。移动实验室通常需要1-5分钟来穿越羽流,并且在30分钟到几个小时的过程中为给定的地点采集多个横断面。

    使用双示踪剂流量比方法量化了工业部门天然气设施样本的甲烷(CH4)排放量。测量是在阿肯色州费耶特维尔页岩区(FV,2015年9月至10月,53个设施)和科罗拉多州丹佛-朱利斯堡盆地(DJ,2014年11月,21个设施)内的研究区域进行的。计算了不同类型设施的甲烷排放率分布,并与覆盖美国更广泛地理区域的结果进行了统计比较(Allen等人,2013年,Mitchell等人,2015年)。与这些多流域结果相比,DJ采集站的排放率(kg·CH4·hr-1)较低,而FV采集点和生产地点在统计上无法区分。然而,FV采集站吞吐量归一化排放量在统计上低于多流域结果(0.19%比0.44%)。这意味着,FV收集部门每单位天然气吞吐量的排放量比仅从多盆地分布预期的要少。本研究中设施最常见的排放率(即分布模式)是FV采集站40kg·CH4·hr-1,FV生产台1.0kg·CH4·hr-1,DJ采集站11kg·CH4·hr-1。讨论了研究设计的重要性,包括现场访问和与业界共享数据的好处,以及致力于在不断变化的风力条件下进行测量协调和现场选址的好处。

    1.2船载应用:海岸痕量温室气体测量系统设计

  使用在美国马萨诸塞州比勒里卡市的AerodyneResearchInc.制造的连续波量子级联激光器(QCLS)的可调谐中红外激光直接吸收光谱仪(TILDAS),并在部署过程中将其部署在R/V亚特兰蒂斯号上。在2010年5月15日至6月8日之间,加利福尼亚Nexus实验(CalNex)研究船从加利福尼亚州的圣地亚哥至萨克拉门托沿海岸航行。该仪器的配置允许使用两种激光,OCS和CO2的测量(2052.256cm-1和2052.096cm-1)与第二个激光器在1765cm-1处的甲醛(HCHO)和甲酸(HCOOH)进行测量相结合。激光被引导到在低压(38Torr)下运行的像散性Herriot式多程吸收池中。在相距47.42厘米的高反射镀膜反射镜之间进行422次通光,可实现200.1m的有效光程长度。

 

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在R/V亚特兰蒂斯号(R/VAtlantis)上的CalNex航行期间,右舷前甲板上的18m塔允许从海面采样约28m的OCS和CO2。定制的玻璃入口带有惯性进气口,可将大颗粒(直径大于200nm)引导到旁路流中,从而无需在入口处使用过滤器来保护样品线和高反射率样品池镜面受大颗粒的侵害。定期将OCS标样引入采样口,仪器在巡航过程中对该标样的响应变化了3.8%(358±13pptv,1σ),没有任何系统的时间趋势。在整个测量期间,仪器的精度为8pptv(1s),在50s时平均下降至2pptv。


    观测结果表明了OCS在白昼的光合作用下表现出被吸收的趋势,夜间森林呼吸会消耗COS,以及淡水沼泽中的OCS释放。在受人类活动干扰的气流中观察到了OCS的排放痕迹,但总体而言,在OCS和SO2之间未发现相关性。在局部尺度且均质的生态系统中,OCS可以是二氧化碳吸收的指示物,但对于在跨越较高异质性环境的大尺度估算,为了准确地逐个量化循环中的过程,必须对气体浓度进行精确的全局测量。

    1.3机载应用:用于机载的量子化带间级联激光光谱仪同时原位观测CH4、C2H6、CO2、CO和N2O的适应性和性能评估

    可调谐激光直接吸收光谱是一种广泛应用的大气原位传感技术组成。飞机部署是一个具有挑战性的操作仪器的环境用于气候学测量地球大气中的相关气体。在这里,我们展示成功的商业应用连续波量子级联激光器(QCL)和带间级联激光(ICL)机载光谱仪原位微量气体测量具有局部到区域重点。

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    这是ACT-美国期间的典型航班,这个图展示了2017年10月3日的飞行模式,以颜色标示高度。飞行包括两个低空(≈300ma.g.l)。马塞勒斯页岩地区的部分顺风和逆风区域。高空横断面在这两段低空飞行中包括两段中途下降和上浮在西弗吉尼亚。天气晴朗,在整个飞行区域是偏南风向。

    这个仪器同时测量了甲烷,乙烷,二氧化碳,一氧化碳,一氧化二氮和水蒸气,具有高精度1s-1σ(740ppt,205ppt,460ppb,2.2ppb,137PPT,16ppm)和高频率(2Hz)。我们估计了总的不确定度1s-1σ,1.85ppb,1.6ppb,1.0ppm,7.0ppb和0.8ppb分别对于CH4,C2H6,CO2,CO和N2O。仪器可以对所有目标物种进行同步和连续的观察。经常校准可以进行测量工作周期>=90%,实现了自定义检索软件,在NASA的大气层中的碳和在美国东部和中部2017年秋季的“美国运输”(ACT-America)活动中仪器性能第一次被报道。我们证明了良好的一致性,基于QCL和ICL的仪器在组合测量不确定度范围内对这些并发的观测结果进行了分析,在校正一个恒定的偏差后组合测量不确定度范围。我们找到了精确13C的工作标准和取样的知识,操作时需要空气,以增强二氧化碳的兼容性在2227.604cm-113C16O2吸收线。

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