從實驗室到農田：兩種氨氣測量儀器對比實驗

荷蘭應用科學院（TNO, the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）和荷蘭國家公共衛生與環境研究所（RIVM, National Institute for Public Health and the Environment）的聯合研究團隊發表了一篇題為“ Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods "的研究論文，現已發表于《Atmospheric Measurement Techniques》。

實驗背景

人類通過農業、工業和燃燒過程改變了全球氮循環，導致地球系統中反應性氮(Nr)水平提高。氨氣(NH₃)的干沉降是氮沉降的重要組成部分，特別是在荷蘭，占總氮沉降的三分之一以上。因此，準確量化NH₃的生物圈-大氣交換對于研究區域和全球范圍內的NH₃預算、監測趨勢、評估減排效果和改進空氣質量和沉降模型至關重要。然而，直接長時間連續測量NH₃交換的數據相對較少。

論文摘要

在荷蘭Cabauw的Ruisdael站進行的一項為期5周的實驗，比較了兩種新型開放光路測量設備。實驗中使用了Healthy Photon HT8700E大氣氨激光開路分析儀和另外一種基于空氣動力學梯度技術的激光開路分析儀。

兩種儀器分別采用了不同的測量原理和技術，前者采用渦度協方差法(EC)，后者采用空氣動力學梯度法(AGM)。盡管兩者的測量原理不同，但在無障礙均勻地形條件下，兩者的測量結果高度相似，相關系數達0.87，累計通量差異約為10%。

儀器部署

這項研究比較了基于渦動相關技術的HT8700E大氣氨激光開路分析儀和另外一種基于空氣動力學梯度技術的激光開路分析儀在測量氨氣（NH3）干沉積和排放方面的性能。

實驗地點：荷蘭Cabauw研究站的草地上

時間段：2021年8月24日至10月11日，為期7周

設置：

HT8700E安裝在一個鋼制支架上，光路中心距地面2.80米。

另外一種激光開路分析儀放置在一個小容器中，兩個22.1米的光路分別位于0.76米和2.29米高處。

還配備了超聲風速計和其他輔助儀器以測量三維風速和氣體濃度。

實驗結果

通量測量：

兩種儀器在測量氨氣通量方面的結果非常相似（相關系數r = 0.87）。累計通量差異約為10%，前提是上風方向的地形均勻且無障礙物。

HT8700與另外一種激光開路分析儀所測量的氨通量變化顯示高度的一致性

運行時間：

HT8700E在下雨期間和下雨后不久數據有效性較低，并且其早期產品使用的光學鏡面涂層可能會退化，導致約21%的數據缺失，針對此問題海爾欣·昕甬智測升級了光學鏡面，采用了一種全新的鏡面涂層技術，增強耐腐蝕性，有效解決了數據缺失問題，并已經交付客戶使用。

另外一種激光開路分析儀一旦運行，其正常運行時間可達100%，但需要定期重新校準（7周運行時間的35%）。

Healthy Photon HT8700E基于渦動相關技術，提供最直接的表面-大氣氣體交換測量，采用量子級聯激光器（QCL）技術，避免了封閉路徑系統中使用進樣管導致的信號損失。對電力需求低，安裝更便捷，可用于偏遠地區的監測。

雖然HT8700E在惡劣天氣條件下的獨立運行時間有限，但在適當的情況下，該系統仍然可以提供良好的結果，為未來的升級迭代版本打開了良好的前景，目前HT8700E經過產品升級，增加自動清洗、降雨傳感、鏡片加熱模塊，能夠更好的應對野外環境氣候，以保證實地的長期觀測，使儀器分析結果更精準、更可靠。

Refer：

Swart D.et al., Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods. Atmospheric Measurement Techniques, 16(2), 529-546, 2023.