从实验室到农田：两种尖端氨气测量仪器对比实验

荷兰应用科学院（TNO, the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）和荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM, National Institute for Public Health and the Environment）的联合研究团队发表了一篇题为“ Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods ”的研究论文，现已发表于《Atmospheric Measurement Techniques》。

实验背景

人类通过农业、工业和燃烧过程改变了全球氮循环，导致地球系统中反应性氮(Nr)水平提高。氨气(NH₃)的干沉降是氮沉降的重要组成部分，特别是在荷兰，占总氮沉降的三分之一以上。因此，准确量化NH₃的生物圈-大气交换对于研究区域和全球范围内的NH₃预算、监测趋势、评估减排效果和改进空气质量和沉降模型至关重要。然而，直接长时间连续测量NH₃交换的数据相对较少。

论文摘要

在荷兰Cabauw的Ruisdael站进行的一项为期5周的实验，比较了两种新型开放光路测量设备。实验中使用了Healthy Photon HT8700E大气氨激光开路分析仪和另外一种基于空气动力学梯度技术的激光开路分析仪。

两种仪器分别采用了不同的测量原理和技术，前者采用涡度协方差法(EC)，后者采用空气动力学梯度法(AGM)。尽管两者的测量原理不同，但在无障碍均匀地形条件下，两者的测量结果高度相似，相关系数达0.87，累计通量差异约为10%。

仪器部署

这项研究比较了基于涡动相关技术的HT8700E大气氨激光开路分析仪和另外一种基于空气动力学梯度技术的激光开路分析仪在测量氨气（NH3）干沉积和排放方面的性能。

实验地点：荷兰Cabauw研究站的草地上

时间段：2021年8月24日至10月11日，为期7周

设置：

HT8700E安装在一个钢制支架上，光路中心距地面2.80米。

另外一种激光开路分析仪放置在一个小容器中，两个22.1米的光路分别位于0.76米和2.29米高处。

还配备了超声风速计和其他辅助仪器以测量三维风速和气体浓度。

实验结果

通量测量：

两种仪器在测量氨气通量方面的结果非常相似（相关系数r = 0.87）。累计通量差异约为10%，前提是上风方向的地形均匀且无障碍物。

HT8700与另外一种激光开路分析仪所测量的氨通量变化显示高度的一致性

运行时间：

HT8700E在下雨期间和下雨后不久数据有效性较低，并且其早期产品使用的光学镜面涂层可能会退化，导致约21%的数据缺失，针对此问题海尔欣·昕甬智测升级了光学镜面，采用了一种全新的镜面涂层技术，增强耐腐蚀性，有效解决了数据缺失问题，并已经交付客户使用。

另外一种激光开路分析仪一旦运行，其正常运行时间可达100%，但需要定期重新校准（7周运行时间的35%）。

Healthy Photon HT8700E基于涡动相关技术，提供最直接的表面-大气气体交换测量，采用量子级联激光器（QCL）技术，避免了封闭路径系统中使用进样管导致的信号损失。对电力需求低，安装更便捷，可用于偏远地区的监测。

虽然HT8700E在恶劣天气条件下的独立运行时间有限，但在适当的情况下，该系统仍然可以提供良好的结果，为未来的升级迭代版本打开了良好的前景，目前HT8700E经过产品升级，增加自动清洗、降雨传感、镜片加热模块，能够更好的应对野外环境气候，以保证实地的长期观测，使仪器分析结果更精准、更可靠。

Refer：

Swart D.et al., Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods. Atmospheric Measurement Techniques, 16(2), 529-546, 2023.