【痕量气体】海岸痕量温室气体测量系统设计

​文献：

Commane, R., S. C. Herndon, M. S. Zahniser, B. M. Lerner, J. B. McManus, J. W. Munger, D. D. Nelson, and S. C. Wofsy (2013), Carbonyl sulfide in the planetary boundary layer: Coastal and continental influences, J. Geophys. Res. Atmos., 118, 8001–8009, doi:10.1002/jgrd.50581.

OCS是大气中最丰富的含硫气体，全球背景站点的混合比在300 pptv和550 pptv之间变化，目前，全球年际浓度大致变化趋势表明OCS源汇之间存在平衡。全球收支表明，大气中大约一半的OCS是海洋直接和间接排放的结果，其余部分来自湿地，生物质燃烧和工业。

（a）沿航迹观察到的OCS混合比（c）显示了整个巡航过程中CO，CO2和OCS的时间序列，其中jHCHO用于指示日照（UTC时间）。

在2010年6月5日接近黎明的30分钟内观察到1 Hz OCS和CO₂。OCS排放和CO2呼吸与38 pptv / ppmv的斜率高度相关（r = 0.95），表明源位于同一位置。

已有研究者提出，通过测量碳酰硫（OCS）来分析植物和土壤在生物圈中特定的碳同化的限制，从而避免受到呼吸作用的影响，但是这需要对OCS在生物圈循环中发挥的调控作用的全面理解。

高亮部分显示了该船位于萨克拉曼多河三角洲的时间段（6月4/5日），OCS与CO2的关系显示出白天光合吸收CO2的OCS损失和夜间呼吸CO2的OCS排放的证据。

研究结束时仪器精度展现的Allan方差图

我们使用新研制的紧凑型量子级联激光光谱仪（对OCS进行了精密测量）通过加利福尼亚州Nexus实验室，研究沿加利福尼亚（美国）海岸至萨克拉曼多河三角洲，期间进行了OCS和CO₂混合比的高分辨率时空调查（1Hz 频率OCS精度可达8 pptv）。
 

使用Aerodyne Research Inc.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（2052.256 cm -1和2052.096 cm-1）与第二个激光器在1765 cm-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（38 Torr）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200.1 m的有效光程长度。

在R / V亚特兰蒂斯号（R / V Atlantis）上的CalNex航行期间，右舷前甲板上的18 m塔允许从海面采样约28 m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200 nm）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±13 pptv，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8 pptv（1 s），在50 s时平均下降至2 pptv。

（a）6月4日21:00 UTC至2010年6月5日UTC萨克拉曼多的下午空气的OCS（pptv）与CO2（ppmv）对比，光合吸收的特征为：+3.7（±0.5）pptv OCS / ppmv二氧化碳。 （b）OCS（黑色），CO2（红色），空气温度（蓝色）和甲醛光解速率（黄色）的时间序列。 全天，OCS和CO2均随温度升高而降低，但在最高温度后的一小时内达到最低，这很可能是气团运输时间的函数。 绿线之间的数据用于图（a）。

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。