水气界面温室气体通量原位监测系统设计与应用
香溪河秋季水_气界面温室气体通量日变化观测及影响因素分析_黄文敏
之间， 夜间释放通
· （ m· h） 之间． N2 O 白天释放通量范围在 18. 4 ～ 133. 7 μg
2
－1
之间， 夜间释放通量范围在
之间． 通过相关性分析， 秋季香溪河水气界面 CO2 交换通量与风速呈显著正相关， 与 pH 值显著
a 有一定相关性； CH4 交换通量与气压有一定的相关性； N2 O 交换通量与 pH 值显著正相关． 负相关， 与 Chl关键词： 香溪河； 水气界面； 温室气体交换通量； 三峡大坝； 日变化
［4 ］ 体通量观测最常用的一种方法． Duchemin 等 利 ［16 ］
用静态箱对魁北克北部新旧两个水库的水气界面温 ［17 ］ 室气体扩散通量进行了观测． 陈永根等 、蒋滔 利用静态观测箱技术观测了滇池 、太湖、三峡 水库等水气界面的通量变化规律． 本实验中具体采 样设备及采样过程如下： 气样采集设备为通量箱， 箱 体（ 直径 30 cm， 高 45cm ） 采用不锈钢材质， 箱顶设 有微型风扇以便于使箱内的空气混合均匀 ； 采用不 透光不散热的硒膜将箱体覆盖， 减少光线对箱内温 度的影响． 采样前， 将箱口朝上大约 5 min， 以便箱 内充满空气， 采样时将采样箱置于水面， 使箱口浸入 水中， 保证箱内空气与外界隔绝． 每隔 15 min 用针 筒抽取采样箱内气体 200 mL， 注入铝箔采气袋保 存， 每个采样点共取 4 次． 考虑到抽气间隔时间将 影响到气体浓度及气体交换通量的结果分析 ， 作者 15 及 20 min 抽气采 分别间隔 10 、 特进行了预实验， 样， 气体浓度（ 以 CH4 结果为例） 随抽气时间的变化 图见图 2． 15 min 采样间隔［ 图 2 （ b） ］ 能实现气体 笔者确定为抽气间隔时间． 全 释放达到线性平衡， 部样品采集完送回实验室 48 h 内完成 CO2 、CH4 、 等
三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析
三峡澎溪河水-气界面温室气体模型估算及其敏感性分析赫斌;李哲;姚骁;郭劲松;陈永柏;李翀【摘要】模型估算法是水-气界面温室气体通量监测的主要方法,所得成果也不胜枚举.然而监测过程中诸多环境因素会对最终结果产生不确定的影响.结合三峡库区澎溪河背景条件,利用模型估算法进行水-气界面温室气体通量(以CO2为例)估算,并且采用修正Morris筛选法尝试分析模型估算法中各个参数对温室气体扩散通量(以CO2为例)的局部敏感性.研究结果表明:利用模型估算法计算三峡澎溪河流域水-气界面温室气体通量具有较高的可行性和可靠性;风速、水温以及pH值会对监测结果产生影响,且风速越强、水温越高、pH值越小,CO2扩散通量就越大;pH值是高灵敏参数,风速和水温是灵敏参数.在三峡库区澎溪河监测过程中更应注意pH值的精确性,每次采样前需校正仪器.%Model estimation is one of the main method in greenhouse gas flux monitoring of water-air interface, which has made many achievements. However, many environmental factors will be uncertain influence on the final result in the process of monito-ring. In Pengxi River of Three Gorges Reservoir, the water-gas interface greenhouse gas flux ( CO2 , for example) was estimated with the model estimation, and the local sensitivity analysis fixed Morris screening method was carried out for all the parameters in model estimation on greenhouse gas diffusion flux. The research shows that the model estimation is used to calculate greenhouse gas flux on water-air interface in Pengxi River, Three Gorges Reservoir has high feasibility and reliability;wind velocity, water temper-ature and pH value will affect the monitoring results. And the stronger the wind speed, the higher the water temperature, the smal-lerthe pH value, the greater the CO2 diffusion flux; The pH value is a highly sensitive parameter, while wind speed and water temperature are sensitive parameters. In the monitoring process in Pengxi River of Three Gorges Reservoir, the instrument should be corrected in order to ensure the accuracy of pH value before sampling.【期刊名称】《湖泊科学》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】8页(P705-712)【关键词】模型估算法;局部敏感性分析;风速;水温;pH值;澎溪河;三峡水库;温室气体扩散通量【作者】赫斌;李哲;姚骁;郭劲松;陈永柏;李翀【作者单位】重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400044;中国科学院水库水环境重点实验室,重庆400714;中国科学院水库水环境重点实验室,重庆400714;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714;中国长江三峡集团公司,北京100038;重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆400044;中国科学院水库水环境重点实验室,重庆400714;中国科学院水库水环境重点实验室,重庆400714;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714;中国长江三峡集团公司,北京100038;中国长江三峡集团公司,北京100038【正文语种】中文目前，水-气界面温室气体通量的监测方法通常有：模型估算法、箱法、微气象法和遥感反演法等[1]. 而模型估算法作为国际水电协会(IHA)推荐使用的温室气体监测方法之一，因其简单、灵活、易操作等特点在野外现场监测中最为常用，所得成果也不胜枚举，比如Demarty等[2]、Atilla等[3]、Roland等[4]、范成新等[5]分别对加拿大Eastmain水库及湖泊、美国Superior湖、巴西5个水库和我国太湖的温室气体进行监测.模型估算法的原理是根据空气和水体内气体成分的浓度梯度并运用Fick定律来估算通量[6]. 想要得到较准确的监测结果，气体在这两种介质中的浓度测定和传质系数的确定就成了最关键的核心. 但是浓度和传质系数会严重地受到监测时环境因素如pH值、水温、风速的影响. 本文将以三峡库区支流澎溪河水-气界面的温室气体通量(以CO2为例)的实际采样数据为基础，尝试分析模型估算法的可靠性和3个环境参数(pH值、水温和风速)对温室气体扩散通量(以CO2为例)的敏感性.1.1 研究区域与样品采集澎溪河流域(31°00′～31°42′N，107°56′～108°54′E)位于四川盆地东部边缘，流域面积5173 km2，干流全长182.4 km，是三峡库区北岸中段流域面积最大的支流(图1). 该水域在夏季低水位阶段平均水深不足10 m，冬季高水位阶段平均水深将超过40 m，水域物理边界呈现显著的季节性交替特征，澎溪河流域包含了峡谷、消落区以及湖库等各种特征的水域，其在三峡水库中具有代表性. 为开展对水-气界面温室气体通量(以CO2为例)的计算，本研究选择澎溪河流域内的温泉、开县、白家溪、养鹿、渠马、高阳、黄石、双江8个研究点位. 于2011年1-12月一个完整的丰、枯水期运行阶段开展逐月跟踪观测. 采集位置选取在澎溪河中心河面，采样水深为0.5 m，采样时间控制在每月10日的9:30-16:30之间.1.2 数据来源与分析方法所有数据均录入 Excel或Origin软件进行统计分析，采用变异系数CV值表征数据变化幅度. 采用YSI®ProODO溶解氧仪现场测定水温(精度0.1℃)；采用SMAR®AR-836风速仪现场测量水面上方2 m处的瞬时风速(U2)(精确度0.1m/s)，并通过公式(5)换算成水面上方10 m风速(U10，m/s)；采用YSI®63现场测定水体pH值(精度0.01)；采用HACH®微量滴定器(精度为1.25 μl)及标准硫酸溶液现场滴定碱度；水体中的二氧化碳分压(pCO2)跟据pH值、碱度及亨利常数计算而得；采用手持式数字大气压计现场测定气温和大气压.2.1 模型估算法的通量计算原理根据Fick定律，对于淡水水体，水-气界面CO2交换通量(正为释放、负为吸收)可由公式(1)计算得出[7]：式中，FCO2为水-气界面CO2扩散通量(mmol/(m2·h))；kx为CO2传质系数(cm/h)；Cwater为CO2在水中的浓度(mmol/L)；Cair为现场温度及压力下CO2气体在水中的饱和浓度(mmol/L).对于传质系数kx的估算，目前通用的2种模型分别是薄边界层模型(TBL)和表面更新模型(SRM). TBL模型是假定气体转移是由水表面的薄边界层控制的水-气界面的浓度与大气中气体浓度形成溶解平衡；而SRM模型是假定水面漩涡可取代水表面薄层，且取代速度决定于水的被搅动程度. 针对湖泊、水库生态系统的研究，目前世界范围内对kx系数的确定绝大多数采用的是1989年Jähne等[8]和1998年Cole等建立的经验公式[9-11]：式中，k600为六氟化硫(SF6)气体的交换系数(cm/h)；Sc为t℃下CO2的Schmidt常数；U10为水面上方10 m处风速(m/s)；t为温度(℃)；z为测量风速时的高度(m)；Uz为高度z时的风速大小(m/s)；Cd10为10 m时的阻力系数，取0.0013；κ为Von Karman常数，取0.41.对水中CO2浓度的确定采用水化学平衡法，即通过测定水样中溶解性无机碳(DIC)浓度或碱度、pH值及水温求得水中CO2浓度[12]. 水体中DIC由和组成，平衡时各组份在水溶液中的浓度主要与pH值、水温和水中离子强度(I)有关. 假设淡水系统中离子强度I=1，根据CO2在水溶液中的碳酸平衡原理：计算水溶液中CO2浓度：式中，c(CO2)water为水中CO2浓度(mmol/L)；K1、K2为平衡常数；c(H+)和分别为水中H+和浓度(mmol/L)；DIC为水中溶解性无机碳浓度(mmol/L).通常K1、K2计算公式[13]为：式中，T为采样时的水温(℃).2.2 技术路线图模型估算法的实施技术路线如图2所示.3.1 局部敏感性分析原理Morris筛选法为目前应用较广的一种局部灵敏度分析方法[14]. Morris筛选法选取模型其中一变量xi，其余参数值固定不变，在变量阈值范围内随机改变xi，运行模型得到目标函数y(x)=y(x1、x2、x3、…、xn)的值，用影响值ei判断参数变化对输出值的影响程度[15]，公式为：式中，y*为参数变化后的输出值；y为参数变化前的输出值；Δi为参数i的变幅. 修正的Morris筛选法采用自变量以固定步长变化，灵敏度判别因子取Morris多个平均值[16]，公式为：式中，Si为灵敏度判别因子；Yi为模型第i次运行输出值；Yi+1为模型第i+1次运行输出值；Y0为参数率定后计算结果初始值；Pi为第i次模型运算参数值相对于率定参数后参数值变化的百分率；Pi+1为第i+1次模型运算参数值相对于率定后初始参数值的变化百分率；n为模型运行次数.3.2 参数敏感度分级参照已有文献[17]对参数局部灵敏度的分级，进行灵敏度分析说明(表1).4.1 模型估算结果在模型估算法的基础上，对澎溪河流域从上游到下游8个点位(温泉、高阳、双江等)的水-气界面CO2扩散通量进行计算，结果见表2.由于CO2扩散通量、pH、水温、风速的量纲不同，所以用CV来表征全年数据组的离散程度. 由表2可知，澎溪河上、中、下游8个监测点位3组现场指标中pH 的CV最小，CV均呈现出pH <水温<风速的趋势，pH值的变化对CO2扩散通量变化影响最大.纵向比较各个点位的全年监测结果(表2)发现，位于上游的温泉点位CO2扩散通量、pH和水温的CV值均最小；位于下游的双江点位CO2扩散通量和pH的CV 值均最大. pH值的变化与CO2扩散通量的变化保持一致.在白家溪点位，水温和风速的CV值同时达到最大，而该点位CO2与pH的CV值处于较大值位置，说明pH值、水温和风速都对CO2扩散通量变化产生了影响，但当水温和风速的变化幅度最大时，CO2扩散通量变化未达到最大值，CO2扩散通量的CV值未达到最大.这表明在澎溪河流域内，pH、水温、风速均能对CO2扩散通量产生较大影响，并且pH值对CO2扩散通量影响最大. pH值是高灵敏参数，风速和水温是灵敏参数. 澎溪河上游温泉-开县段分别布设了温泉和开县两个点位. 两个点位全年的水-气界面CO2通量释放量大于吸收量. 温泉点位全年CO2通量呈现释放态，而开县点位也仅在10月份时呈现吸收态，吸收值为0.654 mmol/(m2·h). 其余月份均呈现释放态. 温泉点位全年CO2释放通量均值为6.226 mmol/(m2·h)；最大值出现在3月，为11.733 mmol/(m2·h)；最小值出现在2月，为0.837 mmol/(m2·h). 而开县点位的释放通量最大值出现在2月，为19.057 mmol/(m2·h). 纵观全年，上游点位CO2释放通量枯水期大于丰水期，在冬季高水位时期(枯水期)，CO2释放维持在一个较高的水平(图3).在澎溪河流域中游的白家溪-养鹿区段分别布设了白家溪、养鹿、渠马点位. 冬季高水位时期3个点位的CO2释放量较大，养鹿和白家溪点位在12月CO2释放量达到最大值，分别为21.548和14.954 mmol/(m2·h). 渠马点位的全年CO2释放通量范围为-1.741～7.178 mmol/(m2·h). 这3个点位在3、4、5、8、10月的CO2释放通量呈现吸收态，其余月份均为释放态，且全年的水-气界面CO2释放通量均大于吸收通量. 3-5月时，CO2释放/吸收通量一直维持在一个较低水平；进入夏季以后，6-10月CO2释放量起伏较大，由吸收态逐渐变为释放态，并呈折线上升状态；进入冬季以后，CO2释放量上升较快，一直到达全年最高释放量(图3).在澎溪河下游的高阳-双江区段布设了高阳、黄石、双江3个监测点位. 全年的水-气界面CO2通量呈现释放态，但释放通量小于中上游监测点位. 3个点位的全年变化趋势较为一致. 在春季，CO2释放通量逐渐降低，变为吸收态；在3-8月之间，CO2释放/吸收通量呈现出折线上升的状态；进入冬季以后，CO2释放通量逐渐增大，并保持在一个较高的水平(图3).综上所述，在研究区域内，从上游到下游8个点位的水-气界面CO2扩散通量全年变化趋势基本一致，均呈现出3-5月CO2释放/吸收通量较低，6-10月呈现较大波动，折线上升状态. 11-12月的CO2释放通量直线上升，呈现高释放通量状态. 全年的CO2的释放量大于吸收量.4.2 模型估算法的敏感性分析本研究选取水温、风速和pH值作为模型估算法的局部敏感性分析变量. 依据本次实验监测的计算结果和多年积累的三峡库区支流澎溪河历年环境指标，确定相关参数及其取值范围(表3).采用修正的Morris筛选法对三峡库区支流澎溪河某次采样时CO2扩散通量的局部敏感性分析结果进行定量表达，以5%为固定步长对水温值和风速值进行扰动. 因为pH<7.5时无法使用此方法计算，因此pH以1%为固定步长进行扰动. 分别取其值的-20%(-4%)、-15%(-3%)、-10%(-2%)、-5%(-1%)、5%(1%)、10%(2%)、15%(3%)和20%(4%)，而其他参数值固定不变，观测CO2扩散通量对这些环境参数的敏感度. 结果表明，水温与CO2扩散通量呈正相关，且在靠近0点时出现较大的拐点(图4a)；风速与CO2扩散通量呈正相关(图4b)；pH值与CO2扩散通量呈负相关，该参数系数越大，CO2扩散通量越小，且变化量逐渐减小(图4c).经过修正的Morris筛选法计算得出水温、风速和pH值的CO2扩散通量灵敏度分别为0.783、0.504和-20.614，并且绘制了不同参数组合的灵敏度分布三角图(图5). 3个参数中pH值是最敏感的参数，其为高灵敏参数；水温和风速敏感因子分别为0.783和0.504，均落在了区间内，属于灵敏参数. 这说明水温、风速和pH值均会对CO2扩散通量的结果产生较大的影响，这对现场水温、风速和pH值的监测提出了更为精确的要求.上述敏感性分析结果是将模型估算法计算水-气界面CO2扩散通量的过程认作一个整体，但是根据其计算原理也可以将模型估算法计算水-气界面CO2扩散通量划分为两个相对独立的计算模型：一个是根据水中的DIC计算其分压pCO2，它主要受到pH和水温这两个环境参数的影响；另一个模型则是根据前者所计算得到的pCO2来推算CO2扩散通量情况，它主要受到水温和10 m风速的影响. 分别对这两个模型进行环境参数敏感性的分析，以此来验证两种方法的结果是否一致. 假设水体离子强度为1，参考本次水-气界面CO2扩散通量监测的研究结果和澎溪河历年环境参数的变化范围，取pH值的变化范围为7.5～9.5，水温的变化范围为10～40℃，根据第1部分模型估算通量法的公式(6)～(10)进行计算. 结果表明，pH值对计算结果的影响是曲线，而水温的影响则是直线，pH值变化对pCO2的影响要大于水温(图6a). 可见利用模型估算法(水化学平衡法)来计算水中pCO2时，pH对计算结果的敏感性最大，其次为水温. 因此，水体pH的监测准确度是直接导致pCO2计算误差的主要原因. 为了最大限度避免测量pH产生的误差，除了需要现场测量外，每次采样前都应该对pH仪器进行校正.在对第2个模型进行敏感性分析时，非环境参数水体中pCO2取全年平均值1061 μatm，大气中pCO2由于常年变化较小，根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的研究，取IPCC参考值379 μatm；环境参数水温的变化范围为10～40℃，10 m风速的变化范围为0～4 m/s. 根据第1部分模型估算通量法的公式(1)～(5)进行计算. 结果表明，当水温<30℃，表层水体与大气中CO2的分压差保持一定时，风速对水-气界面CO2扩散通量的影响要大于水温，10 m风速每提高1 m/s，其CO2的扩散通量便呈指数增长；而当水温超过30℃时，温度对扩散通量的影响作用逐渐增大，其拐点大约在35～36℃之间. 当达到40℃时，由于气体溶解度的急剧下降，水温代替风速成为影响CO2扩散通量的主要因素(图6b).在实际监测过程中，由于三峡库区澎溪河全年水温的变化幅度不大，且在监测过程不易被干扰，因此水温的精确性容易得到保证. 但是在现场监测风速时，由于风速的易变性和不确定性，就增加了CO2扩散通量监测的难度和不确定性. 对于pH值的监测，由于其敏感因子比水温和风速高出30～40倍，因此其精确性要求更高. 根据多年累积资料可得，三峡澎溪河地区全年pH平均值为8.06±0.36，为了保证CO2扩散通量计算的准确性，pH值的测量误差应当保证在±0.08 以下，这样才会使得最后的计算结果误差不会超过0.1 mmol/(h·m2). 因此，除了现场测量外，每次采样前都应该对pH仪器进行校正. 而当水体pH<7.5时，就不适合用模型估算法(水化学平衡法)来进行CO2扩散通量的计算了.【相关文献】[1] Zhao Yan, Zeng Yuan, Wu Bingfang et al. 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水布垭水库水气界面二氧化碳交换规律研究_赵登忠
1． 2 试验方案
为了监测水布垭水库二氧化碳水气界面交换通量 的时空分布情况，本次研究分别在水库坝前、干流中游 和上游以及典型支流库湾设置了原位观测点，观测频 率原则是每月一次，由于天气原因，某些月份有缺测情 况。同时，由于水布垭水库整体上水体宽度较窄，仅在 坝前较宽区域设置了两个观测点构成观测断面，其他 区域均采用一个观测点代表整个观测断面，并且在石 质和土质岸边分别增设了观测点，具体观测点数量由 于特殊天气情况下加密的需要可能有所不同，但重点 区域每次观测均设置了观测断面。具体观测点空间分 布如图 1 所示，图中某些观测点位于陆地是由于不同 月份水位不同导致水体范围变化而产生的。
表 2 2010 年 7 月二氧化碳交换通量
观测点
观测时间
二氧化碳通量 / 观测点
（ mg·m － 2·d － 1）
ห้องสมุดไป่ตู้观测时间
二氧化碳通量 / （ mg·m － 2·d － 1）
1 2010 － 07 － 16 － 12： 37 2 2010 － 07 － 16 － 13： 09 3 2010 － 07 － 16 － 14： 02 4 2010 － 07 － 16 － 14： 28
表 2 为 2010 年 7 月 16 日的观测结果。从表中可 以看出，水库水体均表现为水体吸收二氧化碳状态，从 该月份走航式观测实验中也可证实这种状态。其中， 观测 点 1 和 2 位 于 坝 前，交 换 通 量 为 － 411． 77 ～ － 202． 00 mg / （ m2 ·d） ，相对其他观测点而言较低； 观 测点 3 和 4 位于观测点 1 和 2 稍为上游的位置，观测 点 4 二氧化碳交换通量为 － 91． 68 mg / （ m2 ·d） ，为最 低，其观测时间为 14： 28； 观测点 6 和 7 位于水库两条 支流库湾处，而观测点 8 位于水库上游，其通量为 － 668． 16 mg / （ m2 ·d） ，为最高值。总体上讲，观测点 7 和 8 二氧化碳交换通量最高，气象条件和水环境观测 数据分析表明，两个观测点观测时风速分别为1． 6 m / s 和 1． 5 m / s，在所有观测点中是最高的，表明风速对 交换通量 有 显 著 的 影 响，加 快 了 空 气 的 运 动 和 扩 散。 同时发现两个观测点水体表层温度和气温相对较低， 也是重要影响因素。另外，观测点 2 所处位置为典型 石质库岸，观测点 4 多为土质库岸且为植被覆盖，水体 较浅，但两点二氧化碳交换并没有较大的差别，观测点 4 的交换通量反而较低，两者的观测时间分别为当天 的 13： 00 和 14： 00，相差并不大。
气—水界面通量检测方法[发明专利]
![气—水界面通量检测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d8fd93a7be1e650e53ea99e2.png)
专利名称：气—水界面通量检测方法专利类型：发明专利
发明人：曾永平,巫承洲,吴丰昌,鲍恋君申请号：CN201510182147.1
申请日：20150416
公开号：CN104819913A
公开日：
20150805
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种气—水界面通量检测方法，被动且持续地采集近海水微表层处连续各点的污染物，获取近水体微表层处大气与水体连续各点的自由溶解态浓度，通过拟合得出污染物的气-水界面通量，所述连续各点包括大气中沿高度方向的多个采样点以及水体中沿深度方向的多个采样点。
本发明充分考虑水体微表层对大气-水体交换的影响，通过被动采样方法采集近海水微表层处连续各点的污染物，获取近水体微表层处连续各点大气与水体的自由溶解态浓度，得出相关污染物的气-水界面通量。
本发明可应用于大气—水体界面通量的检测。
申请人：中国科学院广州地球化学研究所
地址：510640 广东省广州市天河区科华街511号
国籍：CN
代理机构：广州嘉权专利商标事务所有限公司
代理人：谭英强
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原位连续测定高浊度水体中温室气体浓度的系统和方法、应用[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011192389.6(22)申请日 2020.10.30(71)申请人 华东师范大学地址 200241 上海市闵行区东川路500号(72)发明人 唐剑武 张晓慧 (74)专利代理机构 上海德禾翰通律师事务所31319代理人 夏思秋(51)Int.Cl.G01N 33/18(2006.01)G01N 33/00(2006.01)G01N 1/14(2006.01)B01D 29/33(2006.01)B01D 35/02(2006.01)(54)发明名称原位连续测定高浊度水体中温室气体浓度的系统和方法、应用(57)摘要本发明公开了一种原位连续测定高浊度水体中温室气体浓度的系统，包括：过滤器、隔膜泵、平衡腔、气体干燥管、温室气体测定仪、水管、气管。
本发明还公开了一种基于上述系统的测定方法，包括：通过隔膜泵连续抽取待监测的水体，经过连接水管的过滤器去除大部分悬浮颗粒物，水样进入平衡腔之后，经过雾化喷头雾化成小水滴，进入平衡腔的液体体积超过固定高度后溢出，保持系统15分钟到达稳定状态之后，使用温室气体测定仪测定平衡腔顶部空气中温室气体的浓度，通过计算可以转化为当前时间水中的温室气体浓度。
本发明还公开了一种上述系统和方法在原位连续测定高浊度水体中温室气体浓度中的应用。
权利要求书2页 说明书6页 附图1页CN 112255385 A 2021.01.22C N 112255385A1.一种原位连续测定高浊度水体中温室气体浓度的系统，其特征在于，包括：过滤器(4)、隔膜泵(3)、平衡腔(6)、气体干燥管(10)、温室气体测定仪(9)、水管(1)、气管(11)；其中，所述过滤器(4)用于过滤检测水体样品的杂质；所述隔膜泵(3)用于为检测水体样品的抽取提供动力；所述平衡腔(6)利用雾化喷头(15)，加速水体样品中溶解的气体与其顶部气体交换，待气体交换平衡后，顶空气体用于后续测试；所述气体干燥管(10)用于干燥从平衡腔(6)顶部排出的空气，送入温室气体测定仪(9)中；所述温室气体测定仪(9)用于检测平衡腔(6)顶部空气经气体干燥管(10)干燥后的温室气体的浓度；所述水管(1)用于将水体样品输入到平衡腔(6)中，水流速度为3-3.5L/min；所述气管(11)用于系统中气体的输送流通，气流速度为0.8-1L/min。
温室气体排放量自动检测装置和系统及其方法[发明专利]
![温室气体排放量自动检测装置和系统及其方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/c2a686c42f60ddccdb38a0da.png)
专利名称：温室气体排放量自动检测装置和系统及其方法专利类型：发明专利
发明人：孙宇瑞,单桂林,程强
申请号：CN201811623515.1
申请日：20181228
公开号：CN109781943A
公开日：
20190521
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及气体排放检测领域，公开一种温室气体排放量自动检测装置和系统及其方法，该装置包括：箱体，被测对象释放的温室气体由箱体进气端进入箱体的内腔中；箱盖，设置在所述敞口端的上方；驱动模块，与箱盖连接并能驱动箱盖打开或闭合敞口端；气体检测模块，设置在箱体的内腔中，用于检测内腔中气体浓度；控制模块，输出第一控制信号至驱动模块驱使箱盖盖合在敞口端处时，输出第二控制信号至气体检测模块，以促使气体检测模块在预设时间内实时检测内腔中温室气体浓度，并将检测到的气体浓度数据反馈至控制模块进行数据处理。
本发明提供的一种温室气体排放量自动检测装置和系统及方法，能够快速、原位、在线、连续对气体排放量进行测量。
申请人：中国农业大学
地址：100193 北京市海淀区圆明园西路2号
国籍：CN
代理机构：北京路浩知识产权代理有限公司
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水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型研究与应用
水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型研究与应用
水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型研究与应用，是指对温室气体在水—气界面上扩散过程进行建模研究，并应用于实际情境中。
薄边界层模型是一种用于描述气体在液体表面上扩散的物理模型。
在温室气体扩散的研究中，薄边界层模型可以用来分析气体在水面上的扩散速度、浓度分布及扩散通量等参数。
研究水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型的目的主要有两个方面。
首先，可以通过建立模型来深入理解温室气体在水—气界面上扩散的机理，揭示影响因素及其相互关系。
其次，可以利用模型预测和评估温室气体的扩散特性，为相关应用提供科学依据。
应用方面，水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型可以应用于温室气体的减排和治理工程中。
通过建立模型，可以优化温室气体排放口的设计和管理，提高温室气体的收集效率和减排效果。
此外，模型还可以用于评估温室气体扩散对环境和人体健康的影响，为相关决策提供科学依据。
总之，水—气界面温室气体扩散的薄边界层模型研究与应用，对于深入理解和有效应对温室气体问题具有重要意义。
通过建立和优化模型，可以为相关领域的科学研究和工程实践提供支持。
水库水气界面温室气体通量监测技术探讨
水库水气界面温室气体通量监测技术探讨
佟艳辉
【期刊名称】《黑龙江水利科技》
【年(卷),期】2017(045)001
【摘要】水库水气界面温室气体的排放通量,受诸多因素影响,常用监测技术有TDLAS法、静态箱法、涡度相关法等,这些方法都有各自的优点和缺点,因而使用范围也存在较大差别.文章以大伙房水库为例,分析了水库的基本概况,并对水库温室气体通量监测技术进行了分析,了解了影响水库气体排放通量的主要因素,并对遥感技术在水库气体通量监测中的应用进行了探讨.
【总页数】3页(P102-104)
【作者】佟艳辉
【作者单位】辽宁水利土木工程咨询有限公司,沈阳110000
【正文语种】中文
【中图分类】P332
【相关文献】
1.水气界面温室气体通量原位监测系统设计与应用 [J], 刘云兵;刘辉;束金祥;杨旭光;卓海华
2.秋季连续打捞蓝藻对水气界面温室气体通量的影响 [J], 荀凡;杜先;陈新芳;刘高飞;齐天赐;冯慕华
3.南宁市南湖湿地秋季水气界面温室气体(CO_(2)/CH^(4))通量及其影响因子 [J], 刘胜;樊璠
4.水库水气界面温室气体通量监测方法综述 [J], 赵炎;曾源;吴炳方;陈永柏;王强;袁超
5.连续筑坝河流水气界面温室气体排放通量及其影响因素——以青海省湟水支流火烧沟为例 [J], 陈玉鹏;毛旭锋;魏晓燕;苏晓虾;张帅;刘小君
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天津市排污河水-气界面温室气体排放通量研究
天津市排污河水-气界面温室气体排放通量研究摘要：本文以天津地区河网水体为研究对象，于2011年8月对天津市23条主要河流进行了采样，采用静态顶空-气相色谱法测定夏季河流水体温室气体（CH4和N2O）溶存浓度，利用双层模型计算水-气界面温室气体排放通量。
结果表明，天津市河网表层水体溶存的CH4浓度为（0.022±0.001）~（7.326±2.328）μmol·L-1，饱和度范围是（666.793±578.234）%~（233606.481±74226.194）%，排放通量范围为（21.629±4.860）~（4180.756±226.353）μmol·m-2·h-1，均值为371.119μmol·m-2·h-1。
N2O的浓度是（13.887±1.309）~（946.780±50.799）nmol·L-1，饱和度范围是（172.311±16.247）%~（11121.858±596.743）%，排放通量为（0.056±0.057）~（32.303±10.268）nmol·m-2·h-1，均值为 2.281nmol·m-2·h-1。
研究发现各种环境参数和水质因子中NH4+、TN和TP含量与N2O水-气界面排放通量之间存在明显的正相关性，CH4浓度与NH4+、TP之间呈显著正相关，与TN 之间呈显著负相关关系，N2O浓度与水环境因子和水质因子中TP呈显性正相关。
关键词：河网；水-气界面；温室气体；排放通量；天津市The Study on water - gas interface greenhouse gas Emission Flux of The Sewage River Net in Tianjin AreaAbstract:CH4 and N2O saturation concentrations in summer and air-water interface emission flux of the river net of 23 main rivers in Tianjin were investigated using the static headspace gas chromatography and double model, respectively in August, 2011. The results indicated that the concentration, saturation, emission flux and mean value of CH4 ranged from (0.022±0.001) ~ (7.326±2.328) μmol·L-1, (666.793±578.234) % ~ (233606.481±74226.194) %, (21.629±4.860~4180.756±226.353) μmol·m-2·h-1and 371.119 μmol·m-2·h-1respectively. And the concentration, saturation, emission flux and mean value of N2O ranged from (13.887±1.309) ~ (946.780±50.799) nmol·L-1, (172.311±16.247) % ~ (11121.858±56.743) %, (0.056±0.057) ~ (32.303±10.268) nmol·m-2·h-1, and 2.281 nmol·m-2·h-1 respectively. The study found that NH4+、TN and TP had significant positive correlation with air-water interface emission flux of N2O. N2O concentration had positive correlation with NH4+ and TP and had a negative correlation with TP. The study also found that there was an obvious positive correlation between N2O concentration and TP in water environmental parameters.Key words: river net; water-gas interface; greenhouse gas; emission flux; Tianjin目录1 绪论 (1)1.1 研究意义 (1)1.2 国内外研究进展 (1)1.2.1 河流水体溶存温室气体浓度研究进展、饱和度及其水-气界面通量 (1)1.2.2 河流溶存温室气体影响因素研究进展 (2)2 研究区域和研究方法 (3)2.1 研究区概况 (3)2.2 研究方法 (3)2.2.1 样品采集和保存 (3)2.2.2 样品的分析测试 (6)2.2.3 数据计算方法 (6)3 结果 (7)3.1 环境水质参数 (7)3.2 河网水体溶存CH4和N2O 浓度和饱和度 (9)3.2.1 CH4浓度和饱和度及其变化特征 (9)3.2.2 N2O浓度和饱和度及其变化特征 (10)3.3 河网水-气界面CH4和N2O 排放通量特征 (11)3.3.1 CH4排放通量及其变化特征 (11)3.3.2 N2O排放通量及其变化特征 (12)4 讨论 (13)4.1 环境参数和水质因子对CH4浓度、河网水-气界面通量的影响 (13)4.2 环境参数和水质因子对N2O浓度、河网水-气界面通量的影响 (16)5 结论 (18)参考文献 (19)1 绪论1.1 研究意义温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，并能产生温室效应。
一种船载走航式海气甲烷交换通量测量系统设计与应用研究
一种船载走航式海气甲烷交换通量测量系统设计与应用研究钟超;梁前勇;陆敬安【期刊名称】《海洋技术学报》【年(卷),期】2022(41)6【摘要】海气界面交换是实现海洋和大气相互作用的重要途径,其通量代表海洋与大气之间的能量交换幅度。
研究海气交换通量变化特征对监测海气界面碳循环过程、碳收支通量和全球气候变化具有重要意义。
针对传统通量测量方法存在观测方式结合不足、样品转移损耗大、无法实时测量导致计算结果偏差较大等问题,并结合实际工作需求,本文设计了水气甲烷交换通量自动测量系统。
该系统主要由采集模块、控制模块及辅助模块构成,在硬件层面上实现了船载海表大气及表层海水甲烷同步走航测量。
基于C#、JavaScript语言对流式数据实时存储及通量计算过程进行了可视化编程,该系统实现了交换通量结果计算自动化,解决了海水—大气界面甲烷含量及交换通量的快速实时测量等核心问题。
通过对海气通量自动测量系统海试,验证了该系统设计的可行性,为后续研究多尺度海气相互作用及全球气候变化提供了新的技术手段。
【总页数】8页(P17-24)【作者】钟超;梁前勇;陆敬安【作者单位】中国地质调查局广州海洋地质调查局自然资源部海底矿产资源重点实验室;天然气水合物勘查开发国家工程研究中心;中国地质调查局天然气水合物工程技术中心【正文语种】中文【中图分类】P715.9【相关文献】1.南海中部和北部上层海水中溶存甲烷浓度及海气交换通量*2.CZT1-2型船载拖曳式多参数剖面测量系统走航测量性能检验及测量数据海上比测3.春季西北太平洋水体中甲烷和氧化亚氮的分布及海气交换通量4.海湾区海水中的溶存甲烷：Ⅱ.浓度,海气交换通量5.一种便携式船载水下跟踪测量系统设计因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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排放 源 之后 ， 水 库温 室 气 体 释放 对 全 球 的影 响 引 起
了越 来越 多 的关 注 ， 并成 为 国 际水 力 发 展 协 会 新 近 关 注 的热点 问题 。
要准 确评 估水 库 对 全 球 气 候 变 化 的 贡献 ， 需要 开 展 水 气界 面温 室 气体 通 量 监 测 。 目前 ， 常 用 的 监测 方
水 气 界 面温 室 气体 通 量 原 位 监 测 系 统 设 计 与 应 用
刘 云 兵， 刘 辉， 束 金 祥， 杨 旭 光， 卓 海 华
（ 长 江 水 利 委 员会 长 江 流域 水 环 境 监 测 中心 ， 湖北 武界 面 温 室 气 体 静 态箱 一气 相 色谱 测 量 法 只 能 获 得 点 上 数 据 ， 且存在 劳动 强度 大、 分 析 成 本
线 监 测设备 进行 温 室气 体通 量原 位监测 的研 究还 处 于
早 期 阶段 ， 集 成 技术 和理 念均 不完 善 ， 亟待提 高 。本文 系统介 绍 了一种 水气 界 面温 室气体 通量 原位 监测 系统 的集成 设计 方案 和应 用 示 范 情 况 ， 以期 对 利用 静 态 箱 和在线 气体 监测 设备 开展 温室 气体 通量 监测 提供 有益 的借鉴 和参 考 。
第４ ４卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ２月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４４． Ｎｏ ． ３ Ｆｅ ｂ．， ２０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ７ １ —０ ４
用 手动 操作 可 能导 致 人 为误 差 ， 另 外 样 品运 输 过 程 中
置、 静态 箱 、 在线气 体 分析仪 和 连通 软管组 成 。依据 气 体 流 向特 点 ， 可分 为 开放 式 原 位 监 测 系统 和 密 闭 式 原
位监 测 系统 ， 两者 的主 要 区别是 ： 开放 式原 位监 测 系统
进 行 水气 界 面 温 室 气 体 通 量 原 位 监 测 的相 关 研 究 较 少， 国 内监 测仍 主要 采用 静态 箱 一气相 色谱 法 ， 利 用在
消耗 任何 化 石燃 料 ， 被认 为是 清 洁 、 无 碳能 源 而得 到大 规模 推 广 。 自 Ｒ ｕ ｄ ｄ等报 道水 库 是 温 室气 体 可 能 的净
基金项 目 ： 水利部 ９ ４ ８项 目“ Ｆ Ｇ Ｇ Ａ 高精 度 温 室 气 体 分 析 仪 ” （ ２ ０ １ ２ ０ ９ ）
作者简介 ： 刘云兵 ， 男， 工程 师， 主要从事水环境监 测工作。Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｙ ｂ ５ １ ７ ＠１ ２ ６ ． ｅ ｏ ｍ
７ ２
Ｎ ， ０等 ） 含量显著上升 ， 过去 １ ０ ０ ａ （ １ ９ ０ ６～２ ０ ０ ５年 ）
线气 体 监测设 备 ， 建立 温 室气体 通量 原位 监测 系统 ， 可
实现 水气 界 面二 氧化碳 、 甲烷等 气体 浓度 的 自动 、 连 续 监测 ， 缩 短 了分析 周 期 ， 提 高 了监 测 精 度 ， 节 省 了人 力 物力 ， 为 水体 温室 气体 释放 通量 大 区域 、 长 期原 位监 测 提供 了技 术基 础 。
法包括： 静 态 箱法 、 梯度法 、 倒 置漏 斗 法 、 红外 相 关 法 、
涡 度相 关法 、 遥 感 空间 监测 法等
。其 中 ， 以静 态箱
１ 系统 结 构
水气 界 面 温 室 气 体 通 量 原 位 监 测 系 统 由 供 电装
法 应用 最 为广 泛 。传统 的静 态箱 一气相 色谱 法通 常 只 能 获得 点上 的通量 数 据 ， 且 劳动 强 度 大 、 分析成本高 ， 不 宜 开展 大 区域 、 长期 的监 测 。同 时 ， 由于传 统方 法采
人 民 长 江
关 键 词： 温 室 气体 ；水 气界 面 ； 释 放通量 ； 原位监 测 ； 监 测 仪 器 文 献 标 志 码 ：Ａ
中图 法 分 类 号 ： Ｘ ５ ２
温室 气体 是驱 动全 球 气候 变暖 的重 要 因素 。据政
府 间气 候 变化 专 门委员 会 （ Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ ） 报告 ， 自工 业 革命 以 来， 由于人类活动影 响， 大 气 中温 室气 体 （ Ｃ Ｏ 、 Ｃ Ｈ 、
气 体成 分可 能 发生 的 变 化 ， 都 将 导 致 测 量结 果 产 生 误
差 。 随着气 体监 测技 术 的 发展 ， 通过 集 成 静 态 箱 与 在
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ０ ８
中， 静态箱 中的气体 流 经 在 线 气 体 分析 仪 主 机 后 由气
泵直 接排 放 到系统外 ； 密闭式 原位 监测 系统 中 ， 静 态箱
高、 人 为 误 差 可 能性 大 等 缺 点 ， 为 此 新 近 开发 了一 种 新 型 的 水 气 界 面 温 室 气体 测 量 系统 。该 系统 利 用 集 成 静 态箱 与在 线 气 体监 测 设 备 实现 了 水 气界 面 二 氧 化碳 、 甲 烷 等 气体 浓 度 的 自动 、 连 续监测 ， 缩 短 了分 析 周 期 ， 提 高 了监 测 精 度 ， 节 省 了人 力 物 力 ， 为水 体 温 室 气 体释 放 通 量 的 大 区域 、 长 期 原 位 监 测提 供 了技 术 支撑 。
里， 地 表平 均气 温 已升 高 了 ０ ． ７ ４ ￣ Ｃ… 。为 了减少 温 室 气体 的排放 ， 近 年来 以风 电 、 核 电为代 表 的新 能源 和水
电清 洁 能源 得 到蓬 勃 发 展 。长 期 以来 ， 水 电生 产 因不
目前 ， 国外关 于利 用 静 态 箱 和在 线 气 体 监 测 设备