案例研究
对 AtmospherIQTM 光学平台用于长期大气本底监测的评估
持续监测大气中的 N2O, CH4和 CO2 需要仪器具备严格的准确性、精密度和稳定性。此外，仪器还必须具有高耐用性，以满足全天候、连续运行的需求。 LI-COR AtmospherIQ 气体分析仪专为解决这些挑战而设计，使全球大气气体监测能够更加广泛和全面地开展。
本文介绍了在爱尔兰 Mace Head 大气研究站对 AtmospherIQ 光学平台气体分析仪进行的测试部署。测试结果显示，该仪器能够满足数据采集要求，并可向 ICOS 及世界气象组织全球大气监测网络（WMO GAW）提交符合标准的数据。
测试设置
配备 AtmospherIQ 光学平台的仪器在爱尔兰戈尔韦郡 Carna 的 Mace Head 大气研究站部署了六个月。两台仪器与一台永久安装的气体分析仪并行运行，该永久仪器同时向 ICOS 和 WMO GAW 网络提供数据。
Mace Head 大气研究站设有一座高塔，塔顶安装空气取样口，用于采集大气样品，并将其输送至塔基建筑内的多台气体分析仪（见图 1）。这些分析仪对大气空气进行连续测量，并会定期暂停以测量校准气体。输送至分析仪的气体流路由多通道旋转阀控制（见图 2）。仪器数据记录及阀门通道选择由 GCWerks 软件管理，该软件包含 LI-COR 气体分析仪的校准程序。
摄影：Gavin Kelly 版权所有：Colin O'Dowd 已授权 LI-COR转载
图 1. Mace Head 大气监测站设有用于采样的高塔，以及用于气体分析仪和测量基础设施的建筑。
图2. Mace Head 的气体采样系统包括颗粒过滤器、空气入口、压力排放口、阀门选择系统、标准气体、气体分析仪及数据采集系统。
结果
经过线性校正的环境 CH4 数据覆盖了 2020 年 7 月至 2021 年 1 月的六个月期间，显示出 CH4 测量的稳定性和可比性。在此次评估期间，由于站点维护及其他与仪器运行或性能无关的因素，数据采集存在短暂中断。这些中断在所呈现的数据中可见。
图 3. LI-COR气体分析仪（配备 AtmospherIQ 光学平台，型号 LI-7810）与 Picarro 分析仪采集的线性校正环境 CH4 数据。图中分别展示了混合比（上图）、差值（中图）和比值（下图）。
CO2 测量数据同样表现出良好的性能。对于 CH4 当执行水分去除程序（按照 ICOS 站点要求）时，测量差异约为 1 ppb（约占满量程的 0.05%，典型背景 CH4浓度约 2000 ppb）。若不进行水分去除，水分变化可能导致测量差异增加至约 4 ppb（约占满量程的 0.2%）。对于 CO2 测量，差异通常约为 0.1 ppm（约占满量程的 0.025%，典型背景 CO2 浓度约 400 ppm），且无论是否使用水分去除程序，测量差异均维持在约 0.1 ppm，包括完全未使用水分去除的情况。
结论
此前，ICOS 大气专题中心（ATC）和斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）进行的独立测试结果令人鼓舞，显示配备 AtmospherIQ 光学平台的仪器适用于大气 CH4和 CO2的长期本底测量。在 Mace Head 站进行的长期测试进一步验证了该平台在连续监测应用中的可靠性。本次测试结果表明，这些仪器非常适合长期部署。
这些评估结果表明，AtmospherIQ 光学平台在大气监测中具有高度适用性，并已证明其符合 WMO GAW 和 ICOS 的标准及协议。
感谢以下专家对本研究的支持与贡献
- Damien Martin，爱尔兰国立大学戈尔韦分校，爱尔兰
- Gerard Spain，Mace Head 研究站，戈尔韦，爱尔兰
- Dickon Young，布里斯托大学，英国
- Michael Geever，爱尔兰国立大学戈尔韦分校，爱尔兰
- Peter Salameh，斯克里普斯海洋研究所，美国加利福尼亚州拉霍亚
- Simon O'Doherty，布里斯托大学，英国