LGR溫室氣體分析儀在我國海洋溫室氣候變化監(jiān)測中的應(yīng)用

全球不斷升溫，已對地球生態(tài)系統(tǒng)、人類生存環(huán)境和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴重威脅。海洋作為全球碳循環(huán)中重要的組成部分，是大氣CO₂的主要匯。海洋在吸收大氣CO₂和調(diào)節(jié)氣候變化方面起著重要作用，同時本身又受到大氣CO₂濃度不斷增加的影響。長期連續(xù)觀測海洋上空大氣中CO₂濃度的變化對量化海洋吸收的CO₂能力，理解海洋碳循環(huán)和整個地球系統(tǒng)相互作用和反饋的關(guān)鍵，而且對預(yù)測未來大氣CO₂ 的濃度乃至全球氣候變化都有著重要意義。
 

長期、定點、準確地觀測限排溫室氣體本底變化，研究其源、匯和輸送規(guī)律及其影響，是當今全球變化研究、社會發(fā)展和環(huán)境外交政策所關(guān)注的焦點問題。海表大氣溫室氣體濃度的連續(xù)觀測結(jié)果，可以為中國應(yīng)對氣候變化提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持，為中國在國際氣候變化談判中處于有利位置提供保障。
 

國家海洋環(huán)境預(yù)報中心“國家海洋局海洋災(zāi)害預(yù)報技術(shù)研究重點實驗室”（碳化學(xué)實驗室）是國內(nèi)最早系統(tǒng)開展海洋碳循環(huán)監(jiān)測和研究的機構(gòu)，并率先在國內(nèi)開展海洋大氣溫室氣體連續(xù)監(jiān)測工作，積累了大量的工作經(jīng)驗。
 

1. 海島基海洋大氣溫室氣體監(jiān)測站建設(shè)
 

2013年至2017年間，建成了永暑島（南沙）、永興島（西沙）、北礵島（臺灣海峽）和嵊山島（長江口）4座海島基海洋大氣溫室氣體監(jiān)測站，并開展業(yè)務(wù)化觀測工作，初步形成了一個覆蓋中國近海的海洋大氣溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)，填補了中國近海海洋上空大氣溫室氣體高精度連續(xù)觀測數(shù)據(jù)的空白，是目前為止國內(nèi)唯一業(yè)務(wù)化海島基海洋大氣溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)，該監(jiān)測網(wǎng)的建成在《中國海洋報》被專欄報道。
 

其中，西沙永興島位于南海腹地，不但擁有南海海域代表性熱帶季風(fēng)氣侯特征，而且遠離大陸，具有南海西北部海洋大氣溫室氣體本底值的代表性。北礵島位于福建霞浦縣東南部，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，其周邊大氣具有東海海洋大氣溫室氣體本底值的代表性。嵊山島位于浙江沿海，屬于典型的北亞熱帶海洋季風(fēng)區(qū)，其周邊大氣具有長江口海洋大氣溫室氣體本底值的代表性。南沙海洋大氣溫室氣體站位于永暑島，屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候，其周邊大氣具有南海中南部海洋大氣溫室氣體本底值的代表性。這4個選址分處中國東海、南海，可為這一廣大海域的溫室氣體監(jiān)測提供具有代表性的數(shù)據(jù)。
 

2. 海洋大氣溫室氣體監(jiān)測業(yè)務(wù)化運行
 

建成了“監(jiān)測控制系統(tǒng)”和“數(shù)據(jù)傳輸處理系統(tǒng)”，保證了中國近海海洋大氣溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)化運行工作。
 

3. 海島基海洋大氣溫室氣體監(jiān)測技術(shù)開發(fā)
 

多次對海島基海洋大氣溫室氣體監(jiān)測系統(tǒng)進行升級，大大降低了海島氣候環(huán)境和人工操作對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。使得CO2觀測精度達到 0.1ppm，CH4精度達到1ppb，監(jiān)測頻率達到1Hz，達到(WMO-GAW)全球溫室氣體監(jiān)測本底站的技術(shù)要求。
 

4. 監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用
 

將4個海島基監(jiān)測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)與大氣所“GEOS-Chem”大氣化學(xué)傳輸模式結(jié)果進行了比較和分析。分析結(jié)果顯示，4個海島基監(jiān)測站監(jiān)測數(shù)據(jù)均能代表該區(qū)域大氣本底濃度變化情況；同時監(jiān)測數(shù)據(jù)可以捕捉到模式結(jié)果無法模擬到的突發(fā)變化情況。
 

GEOS-Chem 模式框架圖

5. 溫室氣體分析儀（GGA）簡介
 

LGR公司（現(xiàn)隸屬于加拿大 ABB）的溫室氣體分析儀（GGA）是當今世界上先進的同時測量甲烷、二氧化碳和水汽濃度的儀器，具有更高的優(yōu)越性能。GGA操作簡單，耗電低，堅固耐用，是野外研究和空氣質(zhì)量監(jiān)測的理想工具�？焖贉y量（10 Hz）的特性使其成為渦動相關(guān)協(xié)方差通量測量和土壤通量研究的更優(yōu)選擇。
 

1) 同時測量CH4, CO2, H2O三種氣體，消除稀釋效應(yīng)

2) 高準確度，不確定性＜0.03%

3) 更寬的測量范圍，且全量程線性

4) 經(jīng)過全球通量觀測網(wǎng)絡(luò)（如WMO等）和專業(yè)實驗室的驗證

Nature、Science等權(quán)威期刊上有大量文獻發(fā)表，是渦動相關(guān)通量測量和土壤通量研究的理想工具

6. 資料來源：國家海洋環(huán)境預(yù)報中心 呂洪剛 高級工程師