大氣二氧化碳及甲烷觀測技術規(guī)范

11適用范圍本標準規(guī)定了大氣二氧化碳及甲烷觀測技術規(guī)范的術語和定義、觀測系統(tǒng)性能要求、觀測業(yè)務操作規(guī)程、日常巡檢規(guī)程、觀測系統(tǒng)維護及故障處理、觀測數(shù)據(jù)處理。本標準適用于省、市級基于光腔衰蕩光譜法的大氣二氧化碳及甲烷觀測。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T33672-2017大氣甲烷光腔衰蕩光譜觀測系統(tǒng)GB/T34415-2017大氣二氧化碳（CO2）光腔衰蕩光譜觀測系統(tǒng)QX/T125-2011溫室氣體本底觀測術語3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1溫室氣體greenhousegases大氣中能夠吸收紅外輻射的氣體成分，主要包括水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4六氟化硫（SF6）和臭氧（O3）等。注：改寫自QX/T125-2011，定義3.13.2工作標氣standardgas以干潔空氣為底氣、待測組分濃度已知的混合氣。注：改寫自QX/T125-2011，定義10.83.3目標氣targetgas為核查觀測系統(tǒng)是否穩(wěn)定運行，將濃度值接近待測組分的工作標氣作為待測氣體，每隔一定周期重復測定。注：改寫自QX/T125-2011，定義10.93.4光腔衰蕩光譜cavityring-downspectroscopy一束單波長激光進入光腔后，光束在腔鏡之間來回反射振蕩。當切斷光源后，其能量就會隨時間而衰減，衰減的速度與光腔自身的損耗（包括投射、散射）和腔內被測組分（介質）的吸收有關。根據(jù)光能量衰減的速度可定量被測組分的含量。注：改寫自GB/T33672-2017，定義2.1，3.5標稱值assignedvalue經上一級標氣準確標定后賦予的標準濃度。23.6樣氣samplinggasCO2和CH4濃度未知的空氣。3.7精密度precision相同條件下多次測量結果之間的接近程度。注：引用自QX/T125-2011，定義9.243.8準確度accuracy測量結果與真值之間的一致程度。4觀測系統(tǒng)性能要求4.1樣氣采集系統(tǒng)樣氣從采樣口到觀測系統(tǒng)主機的滯留時間應不超過5min，采樣口過濾器宜使用不銹鋼或聚四氟乙烯過濾膜，濾膜孔徑宜為0.2μm；進氣管宜采用鋁塑管，內層材質為聚四氟乙烯；進入觀測系統(tǒng)主機的樣氣/標氣溫度應大致相同，壓力接近于環(huán)境大氣壓；樣氣進氣流量建議設為200ml/min；采樣泵應為泄漏率低的無油隔膜泵（泄漏率應低于6×10-7Mpa?L/s泵膜材質宜為氟橡膠材質，泵前過濾器推薦采用7μm燒結過濾器。注：改寫自GB/T33672-2017，章條5.2.14.2除濕系統(tǒng)除濕系統(tǒng)宜采用不銹鋼或硬質玻璃材質，除水后樣氣內含水率低于0.05%，推薦經過低于-50℃環(huán)境除水。4.3標氣單元——推薦使用高濃度和低濃度2瓶工作標氣，濃度跨度基本涵蓋觀測站點大氣CO2和CH4濃度變化范圍；——推薦使用1瓶目標氣，濃度接近觀測站點大氣CO2和CH4濃度；——工作標氣或目標氣壓力低于3.5Mpa時，應停止使用并更換新工作標氣且重新標定；——工作標氣及目標氣推薦使用可溯源至世界氣象組織（WMO）中心標校實驗室（CCL）維持的一級標準。注：改寫自GB/T33672-2017，章條5.2.44.4主機系統(tǒng)工作標氣連續(xù)進樣測試5min，CO2和CH4平均精密度應分別優(yōu)于±0.1×10-6（體積混合比）和±2×10-9（體積混合比）；工作標氣連續(xù)進樣測試24h，CO2和CH4濃度漂移分別不超過±0.1×10-6（體積混合比）和±2×10-9（體積混合比）。注：改寫自GB/T33672-2017，章條5.2.3改寫自GB/T34415-2017，章條5.44.5準確性測試在觀測系統(tǒng)新安裝或修復故障重新啟用時，需先對系統(tǒng)準確度進行測試。將高濃度工作標氣（WH）、低濃度工作標氣（WL）、目標氣（T）同時接入系統(tǒng)，設置運行序列切換分3析3瓶標氣，每瓶標氣分析10min，去掉前2min數(shù)據(jù)，將WH、WL、T后8min數(shù)據(jù)分別平均，利用WH和WL線性擬合計算T的CO2和CH4濃度，若T的CO2和CH4計算濃度與其標稱值差值分別在±0.1×10-6（體積混合比）和±2×10-9（體積混合比）之內表明系統(tǒng)正常，可滿足業(yè)務運行要求。5觀測業(yè)務操作規(guī)程打開觀測系統(tǒng)主機電源，分析儀自檢通過后，系統(tǒng)顯示屏出現(xiàn)測量要素的濃度，表明開機正常；打開除濕系統(tǒng)電源，制冷除濕溫度推薦設為-70℃,其溫度一般應在1h以內達到設定值；打開工作標氣瓶及目標氣瓶減壓閥開關，分壓調到0.1Mpa；流量設為200ml/min（推薦）。5.2運行序列設置A2…-WL-A1-A2…-T-A1-A2…-，A1、A2分別為不同高度進樣口的樣氣，WH、WL、T及A1、A2進樣時間均設為5min；每3小時走一次標氣（推薦）。對于單層或多層觀測，相應調整觀測序列樣氣設置。5.3關機系統(tǒng)關機之前，確保所有數(shù)據(jù)已經保存并備份。點擊觀測系統(tǒng)關機按鈕，正常關機完畢后關閉電腦操作系統(tǒng)，如果是長時間關機也要把除濕系統(tǒng)、標氣瓶總閥關掉，系統(tǒng)關機完成。對于常用的光腔衰蕩光譜系統(tǒng)，推薦按以下方式關閉主機系統(tǒng)：——點擊系統(tǒng)界面shutdown按鈕，短時間關機選擇“shutdownincurrentstate”，長時間關機選擇“preparetoship”。點擊后稍等幾分鐘，系統(tǒng)的GUI界面關閉。6日常巡檢規(guī)程6.1系統(tǒng)日常巡視——每日一次檢查系統(tǒng)運行是否正常，其余時間為不定時巡視；每日填寫日常巡檢表，日常巡檢表格式（推薦）參見附錄A所示；——檢查主機運行狀態(tài)是否正常；——檢查流量是否為200ml/min；——檢查各標氣瓶總壓，若低于3.5Mpa，應更換標氣；分壓應為0.1Mpa；——儀器時間與標準時間（GMT時間）相差不超過±1min，建議通過授時服務器進行對時，對時間隔設為3小時一次。6.2數(shù)據(jù)上傳檢查每天早上檢查前一天每小時的數(shù)據(jù)包是否均已上傳成功。47觀測系統(tǒng)維護及故障處理7.1主機維護——主機前、后部散熱風扇應每半年更換一次；——采樣泵泵膜應每年更換一次；——每年更換一次采樣口過濾器和采樣泵泵前過濾器。7.2硬件系統(tǒng)故障處理和注意事項——系統(tǒng)無法開機時，檢查供電電源是否正常；——質量流量計流量無法達到要求時，發(fā)生漏氣或堵塞，根據(jù)進氣流路逐級檢查；——水汽含量異常時，檢查除濕系統(tǒng)是否結冰結霜堵住進氣管路，若發(fā)生上述情況，應對除濕系統(tǒng)進行除冰除霜；——按照經驗和掌握的知識無法排除故障時，不能擅自拆開儀器，及時通報相關技術人8觀測數(shù)據(jù)處理8.1數(shù)據(jù)質控當系統(tǒng)維護維修、故障處理以及遇到其它異常情況時，值班人員應進行記錄并匯總整理形成臺站巡檢記錄表。根據(jù)臺站巡檢記錄表記錄的異常情況與觀測數(shù)據(jù)逐條對應，在數(shù)據(jù)處理軟件平臺或數(shù)據(jù)表中將數(shù)據(jù)標記為異常。8.1.2數(shù)據(jù)校正T的CO2和CH4濃度值與標稱值差異應分別在±0.1×10-6（體積混合比）和±2×10-9（體積混合比）范圍內，但出現(xiàn)工作標氣進樣故障時可能導致T的計算誤差超出范圍，在這種情況下，有必要對該目標氣前、后運行的工作標氣之間所測樣氣濃度進行校正計算，計算公式如CA式中：CA——樣氣濃度；ST——T標稱值；MT——T觀測值；MA——樣氣觀測值。8.2數(shù)據(jù)篩分（推薦）8.2.1數(shù)據(jù)統(tǒng)計篩分法5利用快速傅里葉曲線擬合及低通濾波進行數(shù)值過濾的統(tǒng)計篩分法來篩分數(shù)據(jù)[1]，多應用于大氣CO2觀測數(shù)據(jù)的篩分。8.2.2后向軌跡篩分法結合觀測數(shù)據(jù)，對到達測站的氣團軌跡運行路徑及高度進行解析，篩分出受局地或區(qū)域人為活動影響的數(shù)據(jù)[2]。8.2.3地面風篩分法根據(jù)地面風的情況分析水平風、垂直風以及風速等對觀測濃度的影響，結合各站的地理、環(huán)境因素對觀測數(shù)據(jù)進行篩分[3]。8.2.4示蹤物篩分法以示蹤物與篩分物種的同源性等關系，通過判別示蹤物的污染濃度時刻來對觀測數(shù)據(jù)進行篩分[4]，多應用于大氣CO2的數(shù)據(jù)篩分。1）：系統(tǒng)運行窗口：正常/不正常CO2觀測數(shù)據(jù)：正常/不正常CH4觀測數(shù)據(jù)：正常/不正常水汽觀測數(shù)據(jù)：正常/不正常（兩層觀測）閥口位置流量（ml/min）采樣泵2流量（ml/min）制冷溫度(℃)前一天24小時數(shù)據(jù)是否全部上傳是/否未上傳成功的數(shù)據(jù)請?zhí)顚懬闆r說明：高濃度工作氣（WH）總壓：分壓：低濃度工作氣（WL）總壓：分壓：總壓分壓：新更換高濃度工作氣（WH）CO2濃度(ppm):CH4濃度(ppb):CO濃度(ppb):新更換低濃度工作氣（WL）CO2濃度(ppm):CH4濃度(ppb):CO濃度(ppb):新更換目標氣CO2濃度(ppm):CH4濃度(ppb):CO濃度(ppb):采樣泵泵前過濾器更換（1次/年）更換日期：采樣口過濾器更換（1次/年）更換日期：采樣泵膜1更換（1次/年）更換日期：采樣泵膜2更換（1次/年）更換日期：散熱風扇清理或更換（1次/半年）更換/清理日期：2fractionsfilteringapproaAtmosp