氮素幹沉降的理想觀測方案——渦度相關法測量氨通量

自20世紀以來，全球科技、經濟飛速發展，這離不開人類活動“火力全開”的加速。大量化石燃料的使用以及農(nong) 牧業(ye) 的大力擴張導致的環境問題層出不窮，近年來學者們(men) 普遍側(ce) 重於(yu) 關(guan) 注溫室效應，然而霧霾、酸雨等的幕後推手——氨也日漸猖獗，其汙染效力不容小覷！研究表明，非化石燃料燃燒造成的氮排放約占氮總排放量的55±7%，人為(wei) 類固氮行為(wei) 嚴(yan) 重影響著氮循環。在氮的幹沉降中，氨沉降占到80%，過量氨沉降會(hui) 導致水體(ti) 富營養(yang) 化、土壤酸化進而造成生物多樣性損失等問題，對人類健康也存在嚴(yan) 重威脅。

氮的濕沉降測量開始於(yu) 19世紀50年代，而幹沉降的測量卻晚了100多年。濕沉降是氮素沉降的主要部分，但是在農(nong) 、牧業(ye) 中主要是幹沉降。以往學者研究氮素濕沉降主要采用降水采集法、離子交換樹脂法等，幹沉降的測量方法主要有直接測定法、間接計算法。降水采集法費時耗力，對樣本保存條件要求較高，而離子交換樹脂法會(hui) 受到環境溫度的限製。傳(chuan) 統的直接測量法無法*模擬天然的氮沉降，存在氮通量的低估，誤差較大。而間接計算法需要相對複雜的儀(yi) 器，耗費精力。

農(nong) 、牧業(ye) 在氮排放中占據不小的比例，以往卻一直被忽略。海爾欣光電科技有限公司自主研發的HT8700激光開路式大氣氨米兰app下载苹果手机版官网，基於(yu) 中紅外波段的原位觀測技術，50 W低功耗，10 Hz高頻輸出，結合渦動協方差方法使得農(nong) 、牧業(ye) 中氨通量監測易如反掌。儀(yi) 器直接處於(yu) 氨排放環境之中，實現了氨通量實時監測，為(wei) 製定氮減排和評價(jia) 氮沉降盡綿薄之力。

 圖1位於(yu) 揚州市江都試驗基地的的氨通量觀測塔

        2019年，我司與(yu) 中國科學院南京土壤研究所合作，在該所江都試驗基地部署了HT8700監測此處氨的排放情況。該實驗站點位於(yu) 一養(yang) 鴨場下風向的稻田中，其間架設有通量觀測塔，正好為(wei) 監測農(nong) 、牧氨通量的良好地點。

圖2 垂直風速與(yu) 氨濃度的協方差

通過協方差分析（圖2）可以看出，HT8700與(yu) 10Hz超聲風速儀(yi) 之間的響應速度幾乎同步，垂直風速與(yu) 氨氣濃度的時間序列之間遲滯時間接近0秒，開路式光腔避免了閉路觀測係統產(chan) 生的米兰app下载苹果手机版官网響應遲滯與(yu) 采樣管內(nei) 壁粘連，很好地展現氨通量10Hz的實時數據。此外，我們(men) 還可以清楚的看到氨的沉降，在該段數據中，氨通量達到了-230 ng/m²/s。

圖3 垂直風速與(yu) 氨濃度的協譜

湍流譜展現出HT8700的對高、低頻信號的響應能力。從(cong) 圖3中可以看出垂直風速與(yu) 氨濃度的協譜曲線存在清晰的峰值區，在低頻區相對分散，在慣性副區逐漸合並，譜線在慣性副區相對更加集中，且符合遵循-4/3定律。

氨沉降觀測的實現對於(yu) 氮汙染及其過量沉降研究意義(yi) 重大，補足了以往大氣氮沉降中重要的一環。海爾欣光電科技HT8700將持續優(you) 化儀(yi) 器性能，為(wei) 建成氨通量觀測網盡一份力！