应用案例

Picarro G2311-f（基于涡动协方差法测量海-汽CO₂通量的新应用）

发表时间：2024-04-17

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海洋作为一个巨大的二氧化碳汇，对整个地球的生态气候有着深远的影响——自工业革命以来，海洋吸收了人为排放二氧化碳的四分之一到三分之一。因此，理解和量化影响气候变化的碳交换过程对于改善碳收支的预算和预测未来的气候情景有着重要的意义。

由于风对海洋表面水动力的影响是控制大气和海洋之间CO₂转移的主要因素，因此通常估算CO₂通量的方法只考虑海洋和大气中气体的浓度以及风速。然而，风并不是影响气海输送的唯一因素。此前在南大洋的测量显示，气体传输速度对风速的依赖性很大，从中等风速时的约20%，到低风速和高风速时的100%。其他控制这种转移的因素包括海洋气泡、波浪和海洋表层的表面活性化学物质的作用。普利茅斯海洋实验室的学者重点研究了表面活性剂对大气-海洋CO₂通量的影响。

涡度相关法(Eddy Covariance, EC)是观测大气-海洋CO₂通量最直接的方法，近年来其在船载测量中的应用有了显著的改进。本研究采用闭路式涡动相关法，高频温室气体分析仪选用Picarro (G2311-f)，样气流速5 LPM，在进入Picarro仪器之前，样品气通过一段3.2 mm的特氟龙管，一个颗粒物过滤器(2 μm)，和一个逆流干燥器(Nafion PD-200T-24M)。该干燥器通过去除平均约80%的H₂O和几乎所有的变率，最大限度地减少了由于水蒸气(H₂O)对CO₂测量的干扰。Picarro仪器同时测量H₂O信号，并用Picarro软件算法去除残留的H₂O信号，得到通量计算所需的大气CO₂干混合比(xCO₂，单位ppm)。

该论文的第一作者Yang Mingxi博士解释道：“几十年来，实验室实验表明，自然产生的有机化学物质（表面活性剂）可以抑制空气-海洋气体交换的速度，但我们不清楚这种影响对真正的海洋有多重要。与此同时，人们已经通过在海洋上释放人工表面活性剂补丁观察到气体交换中的抑制现象，但我想知道这些人工表面活性剂的代表性有多大?在这里，我们开发了一种新的技术来测量天然表面活性剂对空气-海洋CO₂通量的影响。通过将这种测量与最先进的直接测量空气-海洋CO₂通量的涡动相关法相结合，我们最终表明，天然表面活性剂可以显著降低气体转移率，在较低的风速下发现最大的效果。我们需要更多这样的观测以及对海水有机组成的测量，以充分了解表面活性剂对气体交换的影响，并提高我们对海洋吸收二氧化碳的估计。”

图中的巡航轨迹由气体传输效率的不同颜色编码。蓝色区域表示气体转移效率较高，红色区域表示效率较低。

文章链接

https://www.nature.com/articles/s41598-021-92947-w

G2311-f

CO2、CH4、H2O

双模式高精度温室气体浓度分析仪

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