大气二氧化碳及甲烷观测技术规范

11适用范围本标准规定了大气二氧化碳及甲烷观测技术规范的术语和定义、观测系统性能要求、观测业务操作规程、日常巡检规程、观测系统维护及故障处理、观测数据处理。本标准适用于省、市级基于光腔衰荡光谱法的大气二氧化碳及甲烷观测。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T33672-2017大气甲烷光腔衰荡光谱观测系统GB/T34415-2017大气二氧化碳（CO2）光腔衰荡光谱观测系统QX/T125-2011温室气体本底观测术语3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1温室气体greenhousegases大气中能够吸收红外辐射的气体成分，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：改写自QX/T125-2011，定义3.13.2工作标气standardgas以干洁空气为底气、待测组分浓度已知的混合气。注：改写自QX/T125-2011，定义10.83.3目标气targetgas为核查观测系统是否稳定运行，将浓度值接近待测组分的工作标气作为待测气体，每隔一定周期重复测定。注：改写自QX/T125-2011，定义10.93.4光腔衰荡光谱cavityring-downspectroscopy一束单波长激光进入光腔后，光束在腔镜之间来回反射振荡。当切断光源后，其能量就会随时间而衰减，衰减的速度与光腔自身的损耗（包括投射、散射）和腔内被测组分（介质）的吸收有关。根据光能量衰减的速度可定量被测组分的含量。注：改写自GB/T33672-2017，定义2.1，3.5标称值assignedvalue经上一级标气准确标定后赋予的标准浓度。23.6样气samplinggasCO2和CH4浓度未知的空气。3.7精密度precision相同条件下多次测量结果之间的接近程度。注：引用自QX/T125-2011，定义9.243.8准确度accuracy测量结果与真值之间的一致程度。4观测系统性能要求4.1样气采集系统样气从采样口到观测系统主机的滞留时间应不超过5min，采样口过滤器宜使用不锈钢或聚四氟乙烯过滤膜，滤膜孔径宜为0.2μm；进气管宜采用铝塑管，内层材质为聚四氟乙烯；进入观测系统主机的样气/标气温度应大致相同，压力接近于环境大气压；样气进气流量建议设为200ml/min；采样泵应为泄漏率低的无油隔膜泵（泄漏率应低于6×10-7Mpa•L/s泵膜材质宜为氟橡胶材质，泵前过滤器推荐采用7μm烧结过滤器。注：改写自GB/T33672-2017，章条5.2.14.2除湿系统除湿系统宜采用不锈钢或硬质玻璃材质，除水后样气内含水率低于0.05%，推荐经过低于-50℃环境除水。4.3标气单元——推荐使用高浓度和低浓度2瓶工作标气，浓度跨度基本涵盖观测站点大气CO2和CH4浓度变化范围；——推荐使用1瓶目标气，浓度接近观测站点大气CO2和CH4浓度；——工作标气或目标气压力低于3.5Mpa时，应停止使用并更换新工作标气且重新标定；——工作标气及目标气推荐使用可溯源至世界气象组织（WMO）中心标校实验室（CCL）维持的一级标准。注：改写自GB/T33672-2017，章条5.2.44.4主机系统工作标气连续进样测试5min，CO2和CH4平均精密度应分别优于±0.1×10-6（体积混合比）和±2×10-9（体积混合比）；工作标气连续进样测试24h，CO2和CH4浓度漂移分别不超过±0.1×10-6（体积混合比）和±2×10-9（体积混合比）。注：改写自GB/T33672-2017，章条5.2.3改写自GB/T34415-2017，章条5.44.5准确性测试在观测系统新安装或修复故障重新启用时，需先对系统准确度进行测试。将高浓度工作标气（WH）、低浓度工作标气（WL）、目标气（T）同时接入系统，设置运行序列切换分3析3瓶标气，每瓶标气分析10min，去掉前2min数据，将WH、WL、T后8min数据分别平均，利用WH和WL线性拟合计算T的CO2和CH4浓度，若T的CO2和CH4计算浓度与其标称值差值分别在±0.1×10-6（体积混合比）和±2×10-9（体积混合比）之内表明系统正常，可满足业务运行要求。5观测业务操作规程打开观测系统主机电源，分析仪自检通过后，系统显示屏出现测量要素的浓度，表明开机正常；打开除湿系统电源，制冷除湿温度推荐设为-70℃,其温度一般应在1h以内达到设定值；打开工作标气瓶及目标气瓶减压阀开关，分压调到0.1Mpa；流量设为200ml/min（推荐）。5.2运行序列设置A2…-WL-A1-A2…-T-A1-A2…-，A1、A2分别为不同高度进样口的样气，WH、WL、T及A1、A2进样时间均设为5min；每3小时走一次标气（推荐）。对于单层或多层观测，相应调整观测序列样气设置。5.3关机系统关机之前，确保所有数据已经保存并备份。点击观测系统关机按钮，正常关机完毕后关闭电脑操作系统，如果是长时间关机也要把除湿系统、标气瓶总阀关掉，系统关机完成。对于常用的光腔衰荡光谱系统，推荐按以下方式关闭主机系统：——点击系统界面shutdown按钮，短时间关机选择“shutdownincurrentstate”，长时间关机选择“preparetoship”。点击后稍等几分钟，系统的GUI界面关闭。6日常巡检规程6.1系统日常巡视——每日一次检查系统运行是否正常，其余时间为不定时巡视；每日填写日常巡检表，日常巡检表格式（推荐）参见附录A所示；——检查主机运行状态是否正常；——检查流量是否为200ml/min；——检查各标气瓶总压，若低于3.5Mpa，应更换标气；分压应为0.1Mpa；——仪器时间与标准时间（GMT时间）相差不超过±1min，建议通过授时服务器进行对时，对时间隔设为3小时一次。6.2数据上传检查每天早上检查前一天每小时的数据包是否均已上传成功。47观测系统维护及故障处理7.1主机维护——主机前、后部散热风扇应每半年更换一次；——采样泵泵膜应每年更换一次；——每年更换一次采样口过滤器和采样泵泵前过滤器。7.2硬件系统故障处理和注意事项——系统无法开机时，检查供电电源是否正常；——质量流量计流量无法达到要求时，发生漏气或堵塞，根据进气流路逐级检查；——水汽含量异常时，检查除湿系统是否结冰结霜堵住进气管路，若发生上述情况，应对除湿系统进行除冰除霜；——按照经验和掌握的知识无法排除故障时，不能擅自拆开仪器，及时通报相关技术人8观测数据处理8.1数据质控当系统维护维修、故障处理以及遇到其它异常情况时，值班人员应进行记录并汇总整理形成台站巡检记录表。根据台站巡检记录表记录的异常情况与观测数据逐条对应，在数据处理软件平台或数据表中将数据标记为异常。8.1.2数据校正T的CO2和CH4浓度值与标称值差异应分别在±0.1×10-6（体积混合比）和±2×10-9（体积混合比）范围内，但出现工作标气进样故障时可能导致T的计算误差超出范围，在这种情况下，有必要对该目标气前、后运行的工作标气之间所测样气浓度进行校正计算，计算公式如CA式中：CA——样气浓度；ST——T标称值；MT——T观测值；MA——样气观测值。8.2数据筛分（推荐）8.2.1数据统计筛分法5利用快速傅里叶曲线拟合及低通滤波进行数值过滤的统计筛分法来筛分数据[1]，多应用于大气CO2观测数据的筛分。8.2.2后向轨迹筛分法结合观测数据，对到达测站的气团轨迹运行路径及高度进行解析，筛分出受局地或区域人为活动影响的数据[2]。8.2.3地面风筛分法根据地面风的情况分析水平风、垂直风以及风速等对观测浓度的影响，结合各站的地理、环境因素对观测数据进行筛分[3]。8.2.4示踪物筛分法以示踪物与筛分物种的同源性等关系，通过判别示踪物的污染浓度时刻来对观测数据进行筛分[4]，多应用于大气CO2的数据筛分。1）：系统运行窗口：正常/不正常CO2观测数据：正常/不正常CH4观测数据：正常/不正常水汽观测数据：正常/不正常（两层观测）阀口位置流量（ml/min）采样泵2流量（ml/min）制冷温度(℃)前一天24小时数据是否全部上传是/否未上传成功的数据请填写情况说明：高浓度工作气（WH）总压：分压：低浓度工作气（WL）总压：分压：总压分压：新更换高浓度工作气（WH）CO2浓度(ppm):CH4浓度(ppb):CO浓度(ppb):新更换低浓度工作气（WL）CO2浓度(ppm):CH4浓度(ppb):CO浓度(ppb):新更换目标气CO2浓度(ppm):CH4浓度(ppb):CO浓度(ppb):采样泵泵前过滤器更换（1次/年）更换日期：采样口过滤器更换（1次/年）更换日期：采样泵膜1更换（1次/年）更换日期：采样泵膜2更换（1次/年）更换日期：散热风扇清理或更换（1次/半年）更换/清理日期：2fractionsfilteringapproaAtmosp