LGR温室气体分析仪
“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪(特邀)

第48卷第3期Vol.48No.3红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2019年3月Mar.2019“高分五号”卫星大气主要温室气体监测仪(特邀)熊伟12(1.中国科学院安徽光学精密机械研究所,安徽合肥230031:2.中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验,安徽合肥230031)摘要:“高分五号”卫星于2018年5月9日成功发射,是我国第一颗高光谱观测卫星,大气主要温室气体监测仪是其中一台有效载荷,采用空间外差光谱技术进行高光谱分光,是国际上首台基于该体制的星载温室气体遥感设备。
阐述了载荷的基本工作原理,包括分光原理、工作模式及通道设置等内容。
载荷的光学系统主要由五部分组成,核心单元为一体化胶合干涉仪,为避免光谱混叠对窄带滤光片的指标参数要求较高。
为提高在轨数据定量化水平,载荷设计了基于漫反射板系统的定标装置,可满足光谱及辐射定标要求。
最后,梳理了载荷数据处理的基本流程,并对首批观测数据进行了光谱复原,成功获取了1级数据产品,为下一步温室气体反演应用奠定了基础。
关键词:高分五号;温室气体;高光谱;空间外差光谱技术;傅里叶变换中图分类号:0434.3文献标志码:A DOI:10.3788/IRLA201948.0303002Greenhouse gases Monitoring Instrument(GMI)on GF-5satellite(invited)Xiong Wei1,2(1.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei230031,China;2.Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization of Chinese Academy of Sciences,Hefei230031,China)Abstract:GF-5satellite was successfully launched on May9,2018.It is the first hyperspectral observation satellite in China.The Greenhouse gas Monitoring Instrument is one of the pay l oads.It is the first satellite-borne greenhouse gas remote sensing equipment in the world to use spatial heterodyne spectroscopy technology for hyperspectral spectroscopy.The basic working principle of the payload was described,including the principle of light splitting,working mode and band setting.The optical system of the payload consisted of five parts.The core unit was a bonded interferometer.In order to avoid spectral aliasing,the parameters of narrowband filters were required to be high.In order to improve the on-orbit data quantification level,a calibration device based on diffuse reflector system was designed,which can meet the requirements of spectral and radiation calibration.Finally,the basic process of payload data processing was sorted out,and the first batch of observed data was restored by spectrum.The first-level data products are successfully obtained,which lays a foundation for the next application of greenhouse gas inversion.Key words:GF-5satellite;greenhouse gases;hyperspectral;spatial heterodyne spectroscopy technology;Fourier transform收稿日期:2019-02-10;修订日期:2019-02-20基金项目:国家高分重大科技专项;民用航天预研项目(D040102)作者简介:熊伟(1975-),男,研究员,博士,主要从事超光谱遥感探测技术方面的研究。
温室气体检测标准

温室气体检测标准温室气体是指能够吸收和辐射地球表面长波辐射的气体,如二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等。
这些气体的增加导致地球温度升高,引发全球气候变化。
为了监测和控制温室气体的排放,制定了一系列的温室气体检测标准。
一、温室气体浓度检测标准温室气体的浓度是判断气候变化的重要指标之一。
常用的温室气体浓度检测标准包括:1. 二氧化碳浓度检测:以ppm(百万分之一)为单位进行测量,常用的测量方法包括红外线吸收法和质谱法。
2. 甲烷浓度检测:以ppb(十亿分之一)为单位进行测量,常用的测量方法包括气相色谱法和质谱法。
3. 氧化亚氮浓度检测:以ppb为单位进行测量,常用的测量方法包括化学发光法和气相色谱法。
二、温室气体排放检测标准为了控制温室气体的排放,制定了一系列的温室气体排放检测标准。
根据不同的行业和活动,制定了相应的排放限值和监测要求。
例如,工业企业需要定期监测二氧化碳、甲烷等温室气体的排放情况,并且必须符合国家和地方的排放限值。
同时,对于交通运输、能源产业等领域也有相应的排放检测标准。
三、温室气体源排放清单编制标准温室气体源排放清单是指对温室气体排放源进行全面、系统地调查和记录,包括源的位置、类型、排放量等信息。
编制温室气体源排放清单的标准主要有以下几点:1. 温室气体种类的界定:明确需要纳入排放清单的温室气体种类,包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等。
2. 排放源的范围:明确需要纳入排放清单的源的范围,包括工业企业、交通运输、能源产业等。
3. 数据采集和计算方法:明确数据采集的方法和计算方法,确保数据的准确性和可比性。
4. 报告和公开要求:要求编制的温室气体源排放清单需要进行报告和公开,以提高透明度和监督效果。
四、温室气体检测仪器标准温室气体的检测需要使用专门的仪器设备。
为了确保检测结果的准确性和可靠性,制定了一系列的温室气体检测仪器标准。
这些标准包括仪器的测量范围、测量精度、响应时间等要求。
同时,还需要对仪器进行定期的校准和维护,以确保仪器的正常运行和准确性。
大气温室气体监测仪热控设计与验证

GUI Lijia1,SUN Lida1,CHEN Han1,XU Wenjie1,LIN Degui 1,QIU Zhenwei 2
(1.Shanghai Institute of Satellite Engineering,Shanghai 201109,China; 2.Anhui Institute of Optics,Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,Anhui,China)
Abstract:Atmosphere greenhouse gas detector,which is one of the important payloads,can get greenhouse- gases column density by capturing hyper-spectral data.Temperature level,temperature fluctuation and temperature gradient of some key components of this detector,such as pointing mirror shaft,interfere subassembly and heat sink,affect greatly on its normal operation and measurement accuracy.Because of the complex configuration of the detector and the harsh thermal environment around it,therefore,the heat dissipation of detector module and temperature stability control of optical components are the main difficulties.This paper used thermal simulation software to analyze the typical working conditions of the detector.The temperature distribution of the main components is obtained:the four channel heat sink temperature is less than 10 ℃;Optical barrel temperature can be controlled at 10-12 ℃,and the temperature fluctuation of each orbit is less than 3 ℃;The temperature gradient of the interferometer is controlled within 1 ℃.At the same time,the results of heat balance test and in-orbit data are compared,the test results show that the envelope is in-orbit well,the rationality of thermal design and the coverage of test are validated.
第1章 概论 应用气象学方法

数等建议.
灾情报告
• 分别对气象灾害(干旱、高温、低温、寡照、霜冻、大风、
2.应用气象观测是气象工作和大气科学发展的基础
由于大气现象及其物理过程
的变化较快,影响因子复杂,除
了大气本身各种尺度运动之间的 相互作用外,太阳、海洋和地表
状况等,都影响着大气的运动。
这些气象条件直接影响农业、工 业、交通、生物等。不断引进其 他科学领域的新技术成果,革新 应用气象观测系统,是发展应用 气象学的重要措施。
(1)耶鲁大学-南京信息工程大学大气环境中心 (2)江苏省农业气象重点实验室 (3)城市大气环境观测网
(2)项目级别和来源:
项目级别 自然科学项目来源 人文社科项目来源
国家重大科技专项; 国家自然科学基金重大研究计划; 国家自然科学基金杰出青年科学基金; 国际或国家 国家自然科学基金重点项目; 级项目 国际科技合作专项; 国家自然科学基金面上项目、青年基金、国际合作 交流基金、地区基金、联合基金、专项基金等项目
教育部新世纪优秀人才支持计划(人文社科 类); 教育部哲学社会科学研究重大项目; 教育部哲学社会科学研究后期资助项目; 教育部人文社会科学研究面上项目; 教育部哲学社会科学发展报告项目 …… ……
大学生科创基金项目
太湖中尺度通量网
Lee X, et al. 2014。 The Taihu Eddy Flux Network: an observational program on energy, water, and greenhouse gas fluxes of a large freshwater lake. Bulletin of American Meteorological Society 95: 1583-1594.
高精度温室气体检测仪安全操作及保养规程

高精度温室气体检测仪安全操作及保养规程1. 引言高精度温室气体检测仪是一种用于监测温室内空气质量的设备。
本文档旨在提供高精度温室气体检测仪的安全操作和保养规程,以确保该设备的正常运行和用户的安全。
2. 安全操作规程2.1 准备工作在使用高精度温室气体检测仪之前,确保已经完成以下准备工作:- 检查设备是否完好无损,并确保所有配件齐全。
- 确保设备处于平稳的工作台面上,确保设备稳定。
- 确保设备的电源与电源插座连接正确,电压符合设备的要求。
2.2 设备操作在操作高精度温室气体检测仪时,请遵循以下步骤: 1. 打开设备电源开关,并确保指示灯亮起,表示设备已经启动。
2. 根据设备的操作界面,选择相应的检测模式和参数设置。
3. 将传感器探头放置在需要检测的位置上,并等待一段时间,直到设备显示出准确的检测结果。
4. 如果设备显示异常或不准确的数据,请先检查设备的操作是否正确,如果无法解决问题,请联系设备维修人员。
2.3 设备保养为保证高精度温室气体检测仪的长期使用效果和准确性,请按照以下保养规程进行: 1. 定期清洁设备外壳,使用干净、柔软的布擦拭,不要使用含有酸碱成分的清洁剂。
2. 定期检查设备电源线和连接线是否损坏,如有损坏,应及时更换。
3. 定期校准设备,以确保检测结果的准确性。
校准频率和方法请参考设备的用户手册。
4. 定期检查传感器的状态,如有损坏或老化,应及时更换。
传感器更换时,请参考设备的维修手册。
3. 注意事项•在使用高精度温室气体检测仪前,请阅读设备的用户手册和安全说明书,确保对设备的操作和注意事项有所了解。
•在使用设备过程中,应遵守相关的安全规定,如:不允许将设备放置在易燃、易爆等危险环境中。
•在操作设备时,要保持手部干燥,以免发生触电等危险。
•如果设备长时间不使用,应将设备存放在阴凉、干燥的地方,以保护设备的电子元件和传感器。
4. 总结本文介绍了高精度温室气体检测仪的安全操作和保养规程,以确保设备的正常使用和用户的安全。
气相色谱仪测定温室气体浓度的方法

气相色谱法(Gas Chromatography, GC)是一种分离和测定气体或液体混合物中成分的有效方法,也被广泛应用于温室气体的浓度分析。
在气相色谱仪中,气态样品被推动通过填充了吸附剂的柱子,不同成分因其与吸附剂相互作用的强弱不同而发生分离。
通过测定各组分出现峰值的时间和大小,可以快速准确地测定气体混合物的成分和浓度。
以下是气相色谱仪测定温室气体浓度的方法及其应用。
### 1. 样品采集与处理首先,需要采集空气样品,并将其处理成适合气相色谱法测定的形式。
常见的处理方法包括使用固体吸附剂或溶剂将气体中的目标成分富集,然后通过适当的技术将其转化为气态样品。
对于温室气体,通常会选择合适的样品采集器,确保采集到代表性的大气样品。
### 2. 色谱条件设定在进行气相色谱测定之前,需要确定色谱柱的类型、尺寸和填料物质,以及色谱条件(例如,进样方式、流速、温度程序等)。
针对不同的温室气体组分,可能需要优化色谱条件以实现最佳的分离效果和分析灵敏度。
### 3. 校准与标准曲线在进行样品测定之前,需要建立合适的标准曲线来定量分析温室气体浓度。
这通常通过使用已知浓度的标准气体进行校准,绘制出浓度与峰面积(或峰高)之间的关系,以便后续对未知样品进行定量分析。
### 4. 样品进样与分离经过处理的气态样品将被注入气相色谱仪,并通过色谱柱进行分离。
随着时间的推移,不同组分将陆续从色谱柱中脱落并被检测器检测到,形成特征性的色谱峰。
### 5. 数据处理与分析检测器采集到的数据将被导入计算机软件进行处理分析。
通过识别色谱峰的高度、面积等参数,结合标准曲线,可以准确计算出各种温室气体的浓度。
### 6. 质量控制在整个分析过程中,质量控制非常重要。
包括在分析过程中加入内标物质进行质量校准、对标准样品进行周期性校准、对色谱柱和检测器进行维护和校准等步骤,以确保测定结果的准确性和可靠性。
### 7. 应用领域气相色谱法在测定温室气体浓度方面有着广泛的应用。
降雨脉冲试验设计方案

降雨脉冲实验方案设计题目:脉冲式降雨对滨海湿地碳交换过程的影响背景:水分是影响植物生长的关键因子之一。
气候变化带来了降水在全球范围内的重新分配,最直接的影响就是导致了不同地区降水强度和频率发生变化。
本试验研究脉冲式降雨如何影响滨海湿地生态系统的碳循环过程及以碳收支,来探究脉冲降雨影响滨海湿地碳循环过程的机理。
预期结果:一、基础试验设计1、模拟降雨量1.1样方设置:通过查阅黄河三角洲地区的降雨量,设置模拟降雨量5cm,10cm,20cm,40cm四个梯度分别为W1,W2,W3,W4。
另设置不降雨作为对照组(W0)。
每个处理4个重复,共20个样方。
图1 样方位置1.2样地布设:在3m×4m的样方上搭建架子,在1/4样方的中心部位安装模拟降雨喷头,每个样方内设置深浅2个土壤环,a1(11cm,PVC管),a2(33cm)。
图2 样方架图3 模拟喷头位置图4 样方分区图5 土壤环a1 图6 土壤环a21.3 所需仪器:LGR温室气体分析仪1.3 测定时间选择干旱3天以上的晴朗天气进行处理,当天7:00-8:00进行模拟降雨处理,保证地表无明显的径流形成,9:00开始测定。
降雨第6天左右, 0mm,5mm,10mm基本已无效应,后续只测定20mm,1.4.1 a1土壤环较浅(10cm),测定指标为微生物呼吸+根系呼吸=土壤呼吸SR1.4.2 a2土壤环较深(50-60cm),测定指标为微生物呼吸MR1.4.3 每次测定时在样方中取土(测定土壤含水量,盐度,养分等)1.4.4 测土壤呼吸过程中测定土壤温度测定1.4.5 生长季结束时间进行生物量采集二、试验方案补充1考虑到4月份样地植物还未长起,测定NEE 无太大实际意义,故未设计测定NEE 。
方案补充为后续试验做设计。
添加土壤环a3,用于NEE 及ER 测定测定。
2.1 所需材料及仪器:2.1.1材料不锈钢底座(直径50cm ,带水槽,采用水封,保证不漏气),顶箱(高60cm ,直径50cm ,主要测定较矮时期),中箱(高60cm ,植物较高时,需加中箱)2.1.2 仪器:LI-6400(考虑到土壤呼吸用LGR 温室气体分析仪,测定过程中时间限制,需分别采用LI-6400和LGR 温室气体分析仪同时测定)2.2 增设测定指标2.2.1加暗罩测定为生态系统呼吸 ER2.2.2不加暗罩是测定为净生态系统碳交换量 NEE图7 顶箱 图8 中箱图9 不锈钢底座三、试验方案补充2考虑到基础试验采用的是控制单次降雨量对碳交换的影响。
天津工业园区温室气体监测设备原理

天津工业园区温室气体监测设备原理
天津工业园区温室气体监测设备原理
温室气体监测设备的原理主要是根据动态变化的温室气体浓度
水平,运用电化学分析仪器进行测量,得到实时、准确的温室气体水平监测数据。
温室气体监测设备的原理可以分为三大部分:
1、传感器原理:温室气体监测设备使用的传感器可以根据温室气体浓度水平变化,能够根据变化的频率以及变化量大小等特性,用电压来反应温室气体水平变化的反应。
2、电化学分析仪校准原理:温室气体监测设备需要使用电化学分析仪对传感器采集到的信号进行校准,使得最终结果与温室气体浓度水平变化保持一致。
3、数据处理原理:温室气体监测设备中也设置了数据处理模块,可以根据传感器采集到的原始数据进行处理,并得到准确的浓度水平变化数据,使得用户能够准确的了解到温室气体水平的变化情况。
最后,温室气体监测设备使用上述原理,可以实时准确的检测温室气体水平变化,为控制和限制温室气体排放提供有效的参考依据。
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温室气体分析仪
Greenhouse Gas Analyzer (CH4, CO2, H2O) LGR的温室气体分析仪(GGA)是当今世界上最先进的同时测量甲烷、二氧化碳和水汽浓度的仪器,具有无与伦比的优越性能。
GGA操作简单,耗电低,坚固耐用,是野外研究和空气质量监测的理想工具。
快速测量的特性使其成为涡动相关协方差通量测量和土壤通量研究的最佳选择。
GGA报告并存储所有测量的吸收光谱,使其能对水汽稀释效应和吸收谱线增宽效应进行准确的校正,因此可以直接报告CH4和CO2的干摩尔分数,而无需在测量前进行气体干燥或测量后进行数据后处理。
此外,LGR新的“扩展量程”选项能够准确测量10%以上水平的CH4浓度(无需稀释),并确保精度和灵敏度与典型环境水平下的测量保持一致——这是LGR独一无二的性能。
只有LGR的分析仪能够做到在CH4浓度超过环境水平20倍时,仍然提供可靠有保证的测量。
LGR最新的“EP型”分析仪结合了专利的内部控温技术,为客户提供稳定到极致的测量,在欧洲、亚洲、美国的一流实验室和通量网络的应用中表现出卓越的精密度、最高的准确度和最小化的漂移。
LGR专利的第4代光腔增强吸收光谱技术,与老式传统的光腔衰荡光谱(CRDS)技术相比,具备操作简单,易于制造,坚固耐用等优点,以更低成本提供更高的性能。
LGR分析仪采用了内置计算机以提供数据的连续存储和测量等功能,Linux操作系统可以确保无病毒影响的风险。
数据也可以通过数字信号(RS 232)、模拟信号或以太网实时发送给其他数据采集器。
用户还可以通过网络在任意地点对LGR分析仪进行远程控制,实时共享数据并进行远程故障诊断,从而提高了仪器故障处理的效率。
特点:
1. 最高的准确度,不确定性<0.03%(EP型)
2. 三种气体(CH4, CO2, H2O)同时测量
3. 测量光谱实时可见
4. 直接报告CH4、CO2的干摩尔分数
5. 涡动相关协方差通量测量和土壤通量研究
的理想工具
6. 最宽的测量范围
7. 通过扩展量程选项,可以测量高达10%的甲烷浓度
8. 经过全球通量观测网络和一流实验室的验证,增强型GGA-24EP具备无与伦比的性能性能指标:
重复性/精度(1σ,5 sec / 100 sec)
CH4:1 ppb / 0.3 ppb
CO2:150 ppb / 50 ppb
H2O:100 ppm / 30 ppm
最大漂移(EP型,15分钟平均,标准温度压力,24小时)
CH4:0.8 ppb
CO2:120 ppb
H2O:100 ppm或读数的1%,以较大者为准
测量速度:
0.01~10 Hz(快速温室气体分析仪)
0.01~1 Hz(温室气体分析仪)
准确度(工况条件下):
不确定性<1%,无校准条件下(标准型)
不确定性<0.03%,无校准条件下(EP型)
测量范围(满足所有技术指标情况下):
CH4:0.1~100 ppm
CO2:200~20000 ppm
H2O:7000~70000 ppm
可选量程:
CH4:0~1000 ppm / 0~10%(需增加扩展量程选项)
CO2:0~20%
H2O:0~70000 ppm(0~100% RH)
环境条件:
样品温度:-10~50 ℃
操作温度:5~45 ℃(标准型)/ 0~45 ℃(EP型)
环境湿度:0~100% RH,无冷凝
输出:
数字(RS 232)、模拟、以太网、USB
电力需求:
115/230 VAC,50/60 Hz,100 W(标准型)/ 150 W(EP型)
尺寸与重量:
标准型,机架式:22.2 cm(H)x 48.3 cm(W)x 61 cm(D),29.5 kg
标准型,台式:25.4 cm(H)x 96.5 cm(W)x 35.6 cm(D),29.5 kg
EP型,机架式:35.6 cm(H)x 48.3 cm(W)x 61 cm(D),40.8 kg
订货信息:
型号(Model):907-0010,快速温室气体分析仪(机架式)
907-0011,温室气体分析仪(机架式)
908-0010,快速温室气体分析仪(台式)
908-0011,温室气体分析仪(台式)
911-0010,EP型快速温室气体分析仪(机架式)
911-0011,EP型温室气体分析仪(机架式)
可选件:
1. 908-0003-9001:16道多路器
2. 908-0003-9002:8道多路器
3. 908-0008-9009:N920 真空泵(气体更新频率0.83Hz)
4. 908-0001-9011:N940 真空泵(气体更新频率1.43Hz)
5. 908-0001-9001:Dry Scroll 真空泵(气体更新频率10Hz)
6. 904-0002:数据采集软件(包含USB/RS 232线缆),可记录并同步多台LGR分析仪
或者其他设备(如GPS、风速计等)输出的数据
产地:美国Los Gatos Research公司
应用文献
David Bastviken et al., Freshwater Methane Emissions Offset the Continental Carbon Sink. Science, 2010, vol. 331, no. 6013 p. 50, DOI: 10.1126/science.1196808
Natalia Shakhova et al., Extensive Methane Venting to the Atmosphere from Sediments of the East Siberian Arctic Shelf, Science,2010, Vol 327: No.5970, 1246 - 1250 DOI: 10.1126/science.1182221
Mikhail Mastepanov et al., Large tundra methane burst during onset of freezing. Nature, 2008, 456, doi:10.1038/ 07464
D. Zona et al., Methane fluxes during the initiation of a large-scale water table manipulation experiment in the Alaskan Arctic tundra. Global Biogeochemical Cycles, 2009, 23, doi:10.1029/2009GB003487,
Olivier Maze´as et al.,Impact of terrestrial carbon input on methane emissions from an Alaskan Arctic lake. Geophysical Research Letters, VOL. 36, L18501,
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I. Vigano et al., Effect of UV radiation and temperature on the emission of methane from plant biomass and structural components. Biogeosciences, 2008 , 5: 937–947
D. R. Bowling et al., Soil, plant, and transport influences on methane in a subalpine forest under high ultraviolet irradiance. Biogeosciences,2009, 6:1311–1324.
D. M. D. Hendriks et al., A compact and stable eddy covariance set-up for methane measurements using off-axis integrated cavity output spectroscopy. Atmospheric Chemistry and Physics 2008: 431–443;
C.Smeets et al., Eddy covariance methane measurements at a Ponderaosa pine plantation in California. Atmos. Chem. Phys. Discuss, 2009: 5201-5229;
B. Tuzson et al., Field intercomparison of two optical analyzers for CH4 eddy covariance flux measurements. Atmos. Meas. Tech. Discuss., 2010 3:2961–2993.
Werner Eugster et al., A fault-tolerant eddy covariance system for measuring CH4 fluxes. Agricultural and Forest Meteorology, 2010 150: 841-851.。