ga *** et DX4000（傅立叶红外光谱仪）于柏林的实际测试效果

微信号：Leeyo931201
咨询仪器，傅里叶红外，配气仪，烟气分析仪，尾气路检仪
复制微信号

五台便携式ga *** et DX4000（傅立叶红外光谱仪）已用于准确、精确地观测柏林这一大城市周围的CO2和CH4的柱平均丰度。在Frey等人（2015）的工作中，为柏林活动使用的一套光谱仪开发并应用了校准程序。在此，我们描述了此次活动的观测设置和数据分析的方面，并展示了XCH4和XCO2的记录时间序列。我们证明了可以在观测中明确地识别柏林的CO2排放。应用了一个简单的扩散模型，该模型显示柏林来源的总强度约为0.8吨CO2每秒。在本工作的补充材料中，我们提供了测量数据集和辅助数据。我们希望模型社区将利用这一独特的数据集进行柏林地区CO2和CH4来源的最新反演研究。

便携式FTIR（傅立叶变换红外）光谱仪用于观测柱平均CO2和CH4丰度的应用，在区域和更小规模的温室气体来源和汇的定量方面具有很大的前景。尽管可以用无与伦比的精度和准确度在地面进行原位测量，但这些测量由于它们检测局部变化而受到局部贡献和垂直混合细节的重大影响。在不同的高度级别（高塔、飞机）使用原位测量显著地改善了代表性，但这是一种相当昂贵的 *** 。当前基于空间的遥感观测对于定量大陆尺度的来源和汇是有用的，但仍然受到有限的精度、观测密度有限以及与大气散射性质的细节相关的偏差的困扰。如TCCON（Total Carbon Column Observing Network；Wunch等人，2011）所进行的使用高分辨率实验室光谱仪的地基观测可以提供参考精度和准确度的柱平均丰度，但站点数量有限且站点不可移动。因此，便携式FTIR光谱仪是对当前技术的一个非常有前景的补充，因为它们可以探测比原位更大的样本体积，并且比当前基于空间的传感器或全球分布的地基遥感 *** 的规模更小。在这项工作中，我们展示了使用太阳吸收光谱的 *** ，该光谱是在源区域周围的几个站点使用小型低分辨率FTIR光谱仪记录的，用于估计所围起来的源强度。

这一展示基于我们从2014年6月23日到7月11日在柏林周围使用五台光谱仪进行的一次活动。我们选择以柏林为目标有几个原因。首先，柏林是一个大城市，所以我们希望测量到可检测的增强。

表1. 柏林周围测量站的地理坐标和海拔。坐标是使用GPS传感器得到的。报道的海拔高度来自于在Mahlsdorf多次执行的时间平均GPS测量以及在每个站点记录的地面压力时间序列的平均差异。与网站http://www.wieweit.net 提供的地形数据有出色的一致性。

站点 纬度(◦ N) 经度(◦ E) 海拔(m) Mahlsdorf 52.486 13.589 39.0 Charlottenburg 52.505 13.302 47.7 Heiligensee 52.622 13.228 34.5 Lindenberg 52.601 13.519 63.3 Lichtenrade 52.391 13.392 44.8

因此，CO2排放确实可以归因于柏林。其次，平坦的地形是有利的，支持记录数据的解释。测量是在柏林周围的五个不同的站点上进行的，其中四个大致位于柏林市中心周围半径为12公里的圈上。一个仪器放置在柏林高速公路环内的Charlottenburg，比其他仪器更接近市中心。在图1中显示了所有站点的地图。不同站点的坐标和海拔在表1中显示。

由于天气条件不太理想，我们只能在示范活动期间的10天内在所有站点同时进行测量。但是，应该注意的是，这种光谱仪可以安装在抗气候的遮阳棚中用于长时间运行，并自动操作，以形成未来监测系统的永久组成部分。

由于CO2和CH4的寿命较长，每个单独的来源贡献都是叠加在平均柱平均背景丰度上的弱信号。因此，确保所有涉及的光谱仪的共同校准并证明其仪器稳定性对于所提议的 *** 至关重要。在Frey等人（2015）中，为EM27/SUN光谱仪开发了严格的校准程序，并使用我们为柏林活动使用的便携式光谱仪进行了说明。这个校准程序涉及到前后活动测量，因此明确证明了设备的出色的仪器稳定性。

2 观测设置，天气，主导风向和辅助测量 每个站点都配备了一个包括太阳跟踪器、用于精确计时的GPS传感器和一个MHB-382SD数据记录器（用于记录压力、温度和相对湿度）的EM27/SUN光谱仪。在活动期间选择的测量程序（扫描速度、分辨率、数值孔径等）与为校准测量应用的测量程序相同。 在表2中，我们收集了每个测量日的主要特征。我们列出了每个站点可用的观测次数，并推导出每日质量标志。

根据整体数据的可用性，我们为每天的观测推导出一个总体的数据质量标志。此外，还提供了边界层的风速和主导风向。更好的测量日子是在大部分时间内（太阳高度角> 20◦）进行测量的6月27日、7月3日和7月4日。在这些日子里，主导风来自西方（和南方）。风速在5到8节之间适中。请注意，尽管没有很好的覆盖，观测数据集包括了一个星期天（7月6日），这是一个有趣的方面，因为人们预期星期天的排放时间模式和整体强度与工作日是不同的。

为了正确估计来源强度所需的非常重要的辅助信息是每个观测日边界层高度的发展。IMK-IFU在整个活动期间进行了连续的天顶高度测量。测量是在柏林-Neukölln（52.4895◦ N, 13.4309◦ E）进行的，距离市中心东南方向2.5公里。Vaisala GmbH的ceilometer CL51，德国汉堡，是一个安全的商用迷你激光雷达系统。Ceilometers首先检测云高，但特殊的软件从激光反向散射密度数据的垂直剖面（垂直梯度）提供了多达五个抬升层的常规检索（Münkel, 2007）。在没有低云和降水以及散云期间，这种测量 *** 非常好地估计了边界层高度。CL51检测到的对流层深度超过2000米，夜晚稳定的层降到50米。测量结果与根据相对湿度和虚拟势温度测量的剖面确定的结果非常吻合（气溶胶反向散射密度和相对湿度的强高度梯度以及温度逆转；参见Emeis等人，2012）。但是每天只定期发射两次的探空气球并没有提供足够的信息。图2显示了6月27日的ceilometer结果：可以清楚地看到正在发展的边界层，在下午晚些时候达到约2200米的高度。在气载颗粒的情况下，之前已经显示，由ceilometers连续检测的边界层信息允许从柱密度数据确定近地面浓度（Schäfer等人，2008）。