《溫室氣體 二氧化碳和甲烷觀測規(guī)范 光腔衰蕩光譜法（報批稿）》

ICS07.60CCSA4732Greenhousegases—Observationspecificationforcarbondmethane—Cavityring-downspectroscopyme在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。IDBXX/TXXXX—XXXX前言 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4測量方法及觀測系統(tǒng) 24.1測量方法 24.2觀測系統(tǒng) 25安裝要求 35.1站址選擇 35.2工作環(huán)境 35.3樣氣采集及處理單元 35.4樣氣選擇單元 35.5主機單元 45.6標氣單元 45.7數(shù)據(jù)采集單元 46檢漏與測試要求 46.1檢漏 46.2測試 47日常運行和維護要求 57.1日常運行 57.2維護 58溯源要求 5參考文獻 6DBXX/TXXXX—XXXX本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由江蘇省氣象局提出。本文件由江蘇省氣象標準化技術委員會歸口。本文件起草單位：江蘇省氣象探測中心、江蘇省氣候中心。本文件主要起草人：沈瑱、喬賀、尹立、徐進、陳燕、王冰梅、周晨、張軍、徐家平。1DBXX/TXXXX—XXXX溫室氣體二氧化碳和甲烷觀測規(guī)范光腔衰蕩光譜法本文件規(guī)定了利用光腔衰蕩光譜法觀測大氣中二氧化碳和甲烷濃度的測量方法及觀測系統(tǒng)、安裝要求、檢漏與測試要求、日常運行和維護要求、溯源要求等。本文件適用于大氣中二氧化碳和甲烷濃度的光腔衰蕩光譜法的在線連續(xù)觀測，其他觀測方法可參考本文件。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；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/T34286-2017溫室氣體二氧化碳測量離軸積分腔輸出光譜法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QX/T174大氣成分選址要求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greenhousegas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）、氧化亞氮（N2O）、氫氟氯碳化物類（HFCs，CFCs，HCFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）和臭氧（O3）等。[來源：QX/T125-2011，定義3.1，有修改]3.2光腔衰蕩光譜法cavityring-downspectroscopy基于單波長激光光束進入光腔在腔鏡之間來回反射振蕩，切斷光源后其能量隨時間而衰減、衰減的速度與光腔自身的損耗(包括透射、散射)和腔內被測組分(介質)吸收相關的原理，特定光腔自身的損耗為常量，光能量的衰減與被測組分的含量成比例，以此定量被測組分含量的方法。[來源：GB/T34415-2017，定義2.1]3.3標氣standardgas以干潔空氣為底氣、目標物質濃度已知的混合氣。[來源：GB/T34286-2017，定義2.1]3.4工作標氣workingstandardgas用于對樣品中目標物質濃度進行定量測量的標氣。2DBXX/TXXXX—XXXX[來源：GB/T34286-2017，定義2.2]3.5目標標氣targetstandardgas用于檢查和評估測量系統(tǒng)運行狀況而被當作樣品進行定期和重復測量的標氣。[來源：GB/T34286-2017，定義2.3]3.6包含待測組分，其濃度已知或未知的氣體樣品。[來源：GB/T34415-2017，定義2.6]4測量方法及觀測系統(tǒng)4.1測量方法采樣泵將樣氣由采樣管線抽入系統(tǒng)，經溫度平衡、壓力控制、除水干燥等處理后，由樣氣選擇單元按要求將樣氣導入主機單元光腔。測量特定波長激光在光腔內經樣氣吸收后光強衰減至其1/e倍（e是自然常數(shù)）的時間，利用衰減時長與樣氣內CO2和CH4濃度之間的對應關系，即可定量測定樣氣內CO2和CH4濃度。4.2觀測系統(tǒng)4.2.1樣氣采集及處理單元主要包括進氣過濾器、采樣管線、采樣泵、壓力控制器、溫度平衡裝置和樣氣除濕裝置等。主要功能：采集環(huán)境大氣樣氣，并進行溫度平衡、壓力控制和除水干燥。4.2.2樣氣選擇單元主要包括質量流量控制器、氣流控制開關、樣氣選擇模塊(多口閥、電磁閥等)。主要功能：用于設定和選擇進入測量單元的進氣的流量、種類、分析順序和分析時長。4.2.3主機單元主要包括光腔、激光發(fā)生器、信號接收處理模塊、系統(tǒng)溫度壓力控制模塊等。主要功能：對樣氣內CO2和CH4進行分析，并通過儀器內置程序轉換成響應信號和濃度。4.2.4標氣單元主要包括工作標氣、目標標氣、氣瓶、減壓閥等。主要功能：提供已知濃度的標氣，進行系統(tǒng)穩(wěn)定性和準確性檢驗校準。4.2.5數(shù)據(jù)采集及處理單元主要包括具有控制及數(shù)據(jù)記錄功能的終端，如計算機、數(shù)據(jù)采集器等，基于所獲數(shù)據(jù)可進行濃度計主要功能：采集系統(tǒng)輸出信號及儀器參數(shù)等相關信息，并存貯和轉換運算。4.2.6觀測系統(tǒng)性能指標觀測系統(tǒng)的主要性能指標見表1。3DBXX/TXXXX—XXXX表1觀測系統(tǒng)主要性能指標二氧化碳：≤0.025×10mol/mol二氧化碳：≤0.1×10mol/mol樣氣水汽濃度：<40×10mol/mol5安裝要求5.1站址選擇應符合QX/T174大氣成分站或環(huán)境氣象站選址要求的規(guī)定。5.2工作環(huán)境應符合以下要求：a)應干燥、清潔、整齊，避免震動、強電磁環(huán)境、陽光直射；b)具有良好的防雷擊條件，電源有過壓、過載和漏電保護裝置，接地電阻應小于4Ω;c)溫、濕度保持相對穩(wěn)定，使室內溫度能控制在（25±3）℃,相對濕度控制在60％以下；d)空調出風口不應直吹整個測量系統(tǒng)及管線等；e)配備穩(wěn)壓電源或具有穩(wěn)壓功能的不間斷電源，電壓波動應小于5％，電源頻率（50±3）Hz。5.3樣氣采集及處理單元應符合以下要求：a)采樣口應安裝在合適的支撐體上（如鐵塔），高出下墊面冠層頂30m以上，四周開闊，氣流b)采樣管應保持完整，中間盡量減少接頭，避免漏氣，符合防雷要求，采樣管路置于保護槽（管）內并固定，保護槽（管）可架空或通過地下管道引入主機單元內，管路應避免U型回彎和盤c)采樣管應在同一高度至少配備一根備份采樣管，不使用時應對備份采樣兩端進行封閉處理；d)主備采樣管走向一致，保持平行，路徑長度應無明顯差別；e)采樣口應安裝顆粒物過濾裝置，并有防水、防蟲、防腐等處理；f)空氣從采樣口進入主機的駐留時間應小于2min；g)空氣進入主機進氣口前，應經過除濕處理。5.4樣氣選擇單元應符合以下要求：a)采樣管線對CO2和CH4無污染、吸附作用；b)在不同管路之間切換時密封性要好，不漏氣，無交叉污染，并可編程控制；c)質量流量控制器在流量為0mL·min-1～300mL·min-1、壓力小于0.2MPa時，流量分辨率優(yōu)于全量程的0.1%。4DBXX/TXXXX—XXXX5.5主機單元應符合以下要求：a)平穩(wěn)放置，四周應有不小于10cm的散熱空間，遠離氣體發(fā)熱體、強磁體和腐蝕物；b)在主機進氣口前應連接1μm～2μm孔徑的顆粒物過濾裝置；c)樣氣進入主機之前應進行溫度和壓力平衡。5.6標氣單元應符合以下要求：a)使用至少2瓶工作標氣（高濃度標氣、低濃度標氣），工作標氣濃度跨度涵蓋觀測地點大氣CO2和CH4變化范圍，通常選擇第95%和第5%分位濃度值為高、低濃度工作標氣的濃度值；b)使用至少1瓶目標標氣，目標標氣濃度接近觀測地點大氣CO2和CH4濃度變化范圍的中位數(shù)，通過分析系統(tǒng)定量結果與標稱值相比較來判別系統(tǒng)性能；c)應設置標氣瓶的固定裝置，水平置于通風散熱良好且無陽光直射處；d)標氣瓶安裝有減壓閥、壓力傳感器時，應便于讀數(shù)，避免碰撞，標氣瓶壓力應不小于3.5MPa。5.7數(shù)據(jù)采集單元應符合5.2工作環(huán)境的要求。6檢漏與測試要求6.1檢漏觀測系統(tǒng)完成安裝后，應對樣氣流經的各部件、管線、連接部位及氣瓶進行漏氣檢查，無漏氣。6.2測試6.2.1流量測試利用流量計對觀測系統(tǒng)的標氣、空氣等的流量進行測試和調節(jié)，使樣氣流通穩(wěn)定。6.2.2線性測試a)在相同測量條件下，利用至少5種不同濃度的標氣進行測量；b)不同濃度標氣應交替進行測量，每種濃度測量次數(shù)不少于3次，每次測量時長不少于5min；c)在每次測量時長內選取至少60％的穩(wěn)定測量數(shù)據(jù)進行計算，得到每次標氣測量濃度的平均值；d)對標氣的標稱濃度值和測量濃度平均值進行最小二乘法線性擬合計算，擬合優(yōu)度應大于99.99擬合殘差（擬合結果對于標氣標稱濃度的差）CO2應小于0.1×10-6mol/mol，CH4應小于1×10-9mol/mol。6.2.3精度測試a)在相同測量條件下，利用同一濃度的標氣進行連續(xù)測量，測量時長不少于120min；b)計算測量時長內24組5min時間步長的濃度響應平均值的標準偏差，CO2應小于0.025×10-6mol/mol，CH4應小于0.22×10-9mol/mol。6.2.4漂移測試5DBXX/TXXXX—XXXXa)在相同測量條件下，對同一濃度的標氣進行連續(xù)測量，測量時長不小于24h；b)計算測量時長內24組1h時間步長的濃度響應平均值的最大值和最小值間的偏差，CO2應小于0.1×10-6mol/mol，CH4應小于1×10-9mol/mol。7日常運行和維護要求7.1日常運行要求如下：a)定期對儀器進行檢查和維護，在發(fā)現(xiàn)觀測儀器設備或觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應及時采取有效措施進行處理，確保儀器設備正常運行；b)詳細記錄觀測儀器的運行狀態(tài)、維護檢修情況、周邊污染活動以及天氣現(xiàn)象等信息，記錄開始時間、結束時間、工作或事件內容等；c)檢查標氣瓶的壓力，當壓力不足（低于3.5MPa）時應及時更換，對換下的標氣瓶進行二次標校溯源。應妥善保管標氣的標校證書或標校報告，并做好存檔。7.2維護應按要求開展但不限于以下維護活動：a)每月應對觀測系統(tǒng)的所有氣路進行至少一次漏氣檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理；b)每月應對除濕裝置進行至少一次檢查和維護，必要時補充或更換制冷劑等耗材；c)每3～6個月應對采樣泵進行至少一次檢查和維護，必要時應更換泵膜等；d)每6個月對系統(tǒng)進行一次常規(guī)檢查和維護（包括檢漏、流量檢查等），必要時對儀器內部及外部過濾器進行清潔或更換；e)每12個月應用不同濃度的標氣對系統(tǒng)進行至少一次線性測試、精度測試和漂移測試；f)每年或在重污染事件后應及時對采樣管進行至少一次清潔，并更換進氣口處的顆粒物過濾裝置；g)按有關規(guī)范要求進行其它維護。8溯源要求要求如下：a)標氣在使用前和換下后，應用標準等級高于標氣的高等級標氣對其進行測量和溯源；b)標氣在使用周期內，每年應與標準等級高于標氣的高等級標氣進行至少一次溯源；c)工作標氣和目標標氣可溯源至WMO/GAW一級標準。6DBXX/TXXXX—XXXX參考文獻[1]GB/T5832.3—2011氣體中微量水分的測定第3部分:光腔衰蕩光譜法[2]GB/T2887-2011計算機場地通用規(guī)范[3]GB/T33672-2017大氣甲烷光腔衰蕩光譜觀測系統(tǒng)[4]QX/T429-2018溫室氣體二氧化碳和甲烷觀測規(guī)范離軸積分腔輸出光譜法[5]中國氣象局.大氣成分觀測業(yè)務規(guī)范(試行).北京:氣象出版社,2012.[6]