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案例分享|EC通量系統(tǒng)在浮標上的應(yīng)用
來源:客戶案例    發(fā)布時間:2024/12/2 9:31:41

準確測量溫室氣體的濃度及其在地-氣之間的交換量對于建立氣候模型和預測氣候變化等至關(guān)重要。采用非色散紅外技術(shù)的氣體分析儀被廣泛應(yīng)用于相關(guān)研究中。在一般觀測中,氣體分析儀通常安裝在一個固定的氣象觀測塔上,然而為了研究水體生態(tài)系統(tǒng)及拓展觀測覆蓋率,越來越多的觀測設(shè)備被安裝在移動的觀測平臺,比如船舶、浮標等。觀測平臺的運動對被測氣體濃度的影響是一項嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)。雖然有不少經(jīng)驗公式可用于數(shù)據(jù)校正,但由于缺乏對傳感器相關(guān)機制的深入理解,其適用性仍受限。

 

Miller等(2010)總結(jié)了運動導致觀測誤差的潛在原因:光路彎曲、光學斬波器轉(zhuǎn)速的慣性變化、檢測器背景環(huán)境變化、紅外光源燈絲的彎曲等。紅外檢測器通常固定在一個充滿惰性氣體的密封腔室內(nèi),為提升氣體濃度的測量精度,傳感器元器件被冷卻至-40。熱力分層導致氣體密度出現(xiàn)梯度,并在重力場的存在下形成對流。在本研究中,我們假設(shè)受重力驅(qū)動的自由對流引起檢測器溫度的變化,檢測器溫度變化則導致了運動相關(guān)的測量偏差。因此當檢測器方向變化時,其重力場也會發(fā)生相應(yīng)變化,導致腔室內(nèi)出現(xiàn)不同的氣體循環(huán)模式


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氣體分析儀空間位置的變化導致其腔室內(nèi)溫度分布的差異

 

 

方法


為了驗證假設(shè),Campbell Scientific研發(fā)了一個閉路式紅外氣體分析儀(EC155P),其檢測器位于真空環(huán)境壓力,腔室內(nèi)部氣壓小于2E-9托爾。不僅可以防止重力相關(guān)的對流循環(huán)出現(xiàn),還最大限度地減少對流熱交換,從而實現(xiàn)更精準的溫度控制,消除溫度分布對檢測器方位的依賴。同時還使用了一個標準EC155檢測器作為對比參照。兩臺設(shè)備固定在在一個20 x 12 x 6 m浮標上,使用系在浮標頂部欄桿上的繩索控制其運動,用來測試和描述儀器對運動的敏感性。

 

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為對比EC155EC155P的性能,我們建立了一個運動誘導誤差(MIE)指標,即運動狀況下和靜止狀況下測量CO2的比值。當MIE=1時,表示測量結(jié)果與運動沒有相關(guān)性。

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結(jié)論


與傳統(tǒng)氣體分析儀(氣體分析儀腔室為惰性填充氣體)相比,EC155P(氣體分析儀腔室為真空環(huán)境)可將平臺運動導致的CO2測量誤差降低3.610.4倍,且CO2的測量誤差不隨著平臺運動振幅的增加而增加。

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平臺運動對氣體分析儀測量結(jié)果的影響

 


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