红外线气体分析器在温室气体观测研究中的应用

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1、节能减排安全环保第三届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛论文集Tfle“咖nofThe鲥№删F彻幻r‰(枘k删y例II锄删^pp鼬∞andf№呻州E印。红外线气体分析器在温室气体观测研究中的应用高程达，石莉文，唐青云(北京市华云分析仪器研究所有限公司，北京，100044；e—mail：gaochd@bjfu．edu．Crl)摘要红外线气体分析器具有精度和灵敏度高、测量范围宽、响应速度快、选择性好、稳定性和可靠性高、寿命长、低成本等特点，可以测量三种温室气体：甲烷、二氧化碳和氧化亚氮，该文综述了红外线气体分析器在温室气体观

2、测和研究中的应用情况：包括近地层空气二氧化碳浓度测定、土壤．大气界面二氧化碳通量的测定、水体．大气界面甲烷气体通量的观测，以及城市垃圾填埋场中甲烷和二氧化碳浓度的测量，并取得了良好的结果。关键词：红外线气体分析器；温室气体；二氧化碳；甲烷；氧化亚氮；原位观测全球气候变化为国际社会关注焦点，环境问题的日益加重，迫切需要对温室气体做监测、评估、预测和治理。温室气体是能产生温室效应的气体，温室效应被认为是全球气候变暖的主要原因，受到重视。《联合国气候变化框架公约》．京都议定书列出了与人类活动关系密切的六种温室气体：二氧化碳(C

3、02)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N20)、氢氟碳化物(HFCS)、全氟化碳(PFCs)和六氟化硫(SF6)(UN，1998)。其中三种气体成分(二氧化碳、甲烷和氧化亚氮)可以采用红外线分析器测量。红外线分析器在温室气体的自动化监测系统研制和产业化方面具有广阔的应用和发展前景，开展对温室气体的监测，可掌握我国温室气体排放规律，促进温室气体控制技术的推广和应用(中国环境保护产业协会环境监测仪器专业委员会，2010)，有助于节能、减排、固碳和应对气候变化。本文就红外线分析器测量温室气体的优点及其在温室气体观测中的一些具体应用

4、做一概述。1红外线分析器测量温室气体的优点红外线气体分析器是利用红外线对所检测的气体具有特殊吸收的原理进行分析测量的仪器(王玉风等，2000)。待分析气体组分的浓度与红外线吸收的辐射能存在密切的相关关系，气体组分的浓度不同，红外线吸收辐射能不同，剩余的辐射能在检测器上温度升高的程度不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生电容检测器电信号，达到获得待分析气体组分的浓度大小之目的。红外线气体分析器一般分作两种类型：分光型和不分光型(于洋，2006)，以下所述为不分光型红外线气体分析器，简称红外线气体分析器。红外线气体分析器

5、可用来分析各种双原子气体，如CH4、C2H4、C2H2、C2H50H、C3H6、C3H8、NH3、C02、CO、N20、以及水蒸气等，其中C02、CH4和N20为温室气体，即红外线对这些气体具有特殊吸收。但是，红外线不能分析同一种原子构成的多原子气体和惰性气体，如N2、C12、He、Ne、Ar等(王玉风等，2000；于洋，2006)。红外线气体分析仪具有精度和灵敏度高、测量范围宽、响应速度快、选择性好、稳定性和可靠性高、寿命长、低成本等特点(王复兴，1996；于洋，2006；于清等，2007：栾辉等，2008；)，可以实

6、现多组分气体同时测量、连续或间断分析等自动化控制。270I画CIOAE2010T勰heof帽The3rdl徽For黧um煞腮釜r瞬a',／展ment感and罂E集xpo节II能111减排安全,环IVI保coIb曲onl懈n8吣naI1。rchnaO帆An；_y吲I^pII啊咖嘶，e

7、0口nlenlo‘一，T，‘，’J1r二，～I-J_●红外线分析器作为重要的一类仪器，主要应用于环保、气象、化工、农业、林业、医药、石油、冶金、电厂、水泥、陶瓷、国防等领域(唐青云等，2002：宋钊等，2008；栾辉等，2008；刘立新等，2

8、009；欧建平等，2009)。目前国内外对温室气体的测量，越来越多地使用红外线气体分析器。2红外线分析器在近地层空气二氧化碳浓度观测中的应用近地层空气二氧化碳浓度更接近人的生活，主要受植被类型、气候、土壤、人为活动等因素影响，研究近地层空气二氧化碳浓度变化，有助于增强对大气圈、土壤圈、水圈、生物圈和岩石圈，以及它们之间相互作用的理解和认识。近地层大气特点是：动量、热量和水汽乃至其它物质的输送，在地表状态均匀、无剧烈天气变化的时候，垂直输送通量随高度近似不变，可以认为各种通量近似为常值(盛裴轩，2003)。对于大气二氧化碳

9、浓度的研究，我国已有一些研究报道，前人通过定位观测、飞机观测和卫星观测等多种形式，对大气二氧化碳浓度、本底、基准进行了研究，并积累了大量的资料(嵇晓燕等，2006；刘立新等，2009)。由于地貌类型的多样性和土地利用／覆盖变化的不同，近地层二氧化碳浓度存在区域性差异。本研究使用北京华云分析仪器研究所生产的GXH．30