原文以Long-Term Atmospheric Monitoring of Background CH₄ and CO₂ Using the LI-7810 and LI-7815 Trace Gas Analyzers為標題發表在 LI-COR網站上。

對大氣溫室氣體濃度的本底監測，需要儀器符合世界氣象組織/全球大氣觀測計劃（WMO/GAW）規定的測量精準度。

LI-COR研發的新型溫室氣體分析儀，采用先進的光反饋-腔增強激光光譜技術（OF-CEAS），高精準度測量大氣中的CH4、CO2和N2O濃度（圖1）。

這一系列溫室氣體分析儀，整機輕至10.5kg；功耗僅為22W（鋰電續航8小時以上）；測量響應時間<2s；能夠在零下25℃至零上45℃溫度內正常工作。

圖1 LI-COR研發的系列新型溫室氣體分析儀（CH4/CO2/N2O）

這些卓越的性能特點，擺脫了傳統激光氣體分析儀體積龐大、沉重、高功耗、響應時間慢及無法在零下環境中使用的束縛，極大拓展了其應用場景。

2020年，LI-7810和LI-7815分析儀通過了歐洲綜合碳觀測系統（ICOS）標準評估。該測試由第三方專業學術機構法國國家科學研究中心氣候與環境科學實驗室（LSCE）承擔（點擊了解更多）。

另外，加利福尼亞大學斯克里普斯海洋研究所的大氣研究人員，參照世界氣象組織/全球大氣觀測計劃WMO/GAW 實驗室間測量兼容性目標，通過一系列實驗，評估了這兩款儀器的性能。

數據結果顯示，LI-7810和LI-7815適用于大氣CH₄和CO₂的本底濃度監測。

同年，研究者們把LI-7810和LI-7815部署在了愛爾蘭的梅斯黑德大氣研究站（圖2），并定期向歐洲綜合碳觀測系統（ICOS）和世界氣象組織/全球大氣觀測計劃（WMO/GAW）網絡報告數據。

圖2 梅斯黑德大氣研究站（Mace Head Atmospheric Research Station），位于愛爾蘭西海岸，該研究站自1975年開始運行。它是全球大氣高級實驗網絡（Advanced Global Atmospheric Gases Experiment ，簡稱AGAGE）中的8個全球研究站之一。來自全球的科學家們使用該實驗站測量的數據，發表了大量的研究性論文。源/Researchgate

儀器部署

采樣進氣口位于高塔頂部，大氣樣品被輸送到位于高塔底部室內的多個氣體分析儀中進行測量（圖3A）。

大氣樣品使用LI-7810和LI-7815連續測量，并周期性的使用標氣對分析儀進行校準。氣體樣品通過VICI Valco多端口旋轉閥實現切換（圖3C），使用GCWerks軟件控制。

圖3 A梅斯黑德大氣研究站；B LI-7810和LI-7815氣體分析儀；C是氣體樣品測量氣路和校準裝置。A圖由Gavin Kelly拍攝，版權所有 Colin O'Dowd，LI-COR有轉載授權。

數據結果

從2020年7月至2021年1月，將LI-7810和之前部署的儀器，進行了數據對比（圖4）。

圖 4 LI-7810與之前部署的儀器進行了數據對比：包括A CH₄濃度、B數據差異（未去除水汽影響）和C數據比率。

對CH4數據來說，在去除水汽影響的情況下（根據ICOS測量要求），兩款儀器的測量差值約為~1ppb，約占典型CH4本底濃度（~2000ppb）的0.05%。LI-7815和之前儀器的數據對比，差值約為~0.1ppm。

結論

LI-7810和LI-7815采集的數據，符合世界氣象組織/全球大氣觀測計劃（WMO/GAW）以及歐洲綜合碳觀測系統（ICOS）的觀測標準，適合CH4和CO2大氣本底濃度的長期監測。

致謝

Damien Martin, National University of Ireland, Galway, Ireland

Gerard Spain, Mace Head Research Station, Galway, Ireland

Dickon Young, University of Bristol, UK

Michael Geever, National University of Ireland, Galway, Ireland

Peter Salameh, Scripps Institution of Oceanography, La Jolla, CA, USA

Simon O’Doherty, University of Bristol, UK

參考文獻

ICOS Atmospheric Thematic Centre Test Reports Report for the LI-7810, Report for the LI-7815

AGU 2019 Poster Development of Trace Methane and Trace Carbon Dioxide Analyzers - Performance Evaluation Studies, GCWerks Integration, and Results of Field Deployment, AGU Fall Meeting, 2019, Graham Leggett¹, K. Minish¹ , I. Begashaw¹ , M. Johnson¹ , A.Komissarov¹ , D. Trutna¹ , R. Walbridge¹ ,Peter Salameh² , Jooil Kim² 1 LI-COR Biosciences, Lincoln, Nebraska, USA, 2 Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, La Jolla, California, USA

WMO GAW Report 20th WMO/IAEA Meeting on Carbon Dioxide, Other Greenhouse Gases and Related Measurement Techniques (GGMT-2019), Jeju Island, South Korea, 2–5 September 2019, World Meteorological organization Global Atmosphere Watch