DB32T-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

Q/LB.□XXXXX-XXXX目次TOC\o"1-1"\h\t"標(biāo)準(zhǔn)文件_一級條標(biāo)題,2,標(biāo)準(zhǔn)文件_附錄一級條標(biāo)題,2,"前言 II1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14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(jī)單元 45.6標(biāo)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(yùn)行和維護(hù)要求 57.1日常運(yùn)行 57.2維護(hù) 58溯源要求 5參考文獻(xiàn) 6前言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由江蘇省氣象局提出。本文件由江蘇省氣象標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)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(jìn)、陳燕、王冰梅、周晨、張軍、徐家平。溫室氣體二氧化碳和甲烷觀測規(guī)范光腔衰蕩光譜法范圍本文件規(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(yùn)行和維護(hù)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。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(shù)語QX/T174大氣成分選址要求術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。

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]

光腔衰蕩光譜法cavityring-downspectroscopy基于單波長激光光束進(jìn)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(nèi)被測組分(介質(zhì))吸收相關(guān)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]

標(biāo)氣standardgas以干潔空氣為底氣、目標(biāo)物質(zhì)濃度已知的混合氣。[來源：GB/T34286-2017，定義2.1]

工作標(biāo)氣workingstandardgas用于對樣品中目標(biāo)物質(zhì)濃度進(jìn)行定量測量的標(biāo)氣。[來源：GB/T34286-2017，定義2.2]

目標(biāo)標(biāo)氣targetstandardgas用于檢查和評估測量系統(tǒng)運(yùn)行狀況而被當(dāng)作樣品進(jìn)行定期和重復(fù)測量的標(biāo)氣。[來源：GB/T34286-2017，定義2.3]

樣氣samplegas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]測量方法及觀測系統(tǒng)測量方法采樣泵將樣氣由采樣管線抽入系統(tǒng)，經(jīng)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(dǎo)入主機(jī)單元光腔。測量特定波長激光在光腔內(nèi)經(jīng)樣氣吸收后光強(qiáng)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(nèi)CO2和CH4濃度之間的對應(yīng)關(guān)系，即可定量測定樣氣內(nèi)CO2和CH4濃度。觀測系統(tǒng)樣氣采集及處理單元主要包括進(jìn)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(jìn)行溫度平衡、壓力控制和除水干燥。樣氣選擇單元主要包括質(zhì)量流量控制器、氣流控制開關(guān)、樣氣選擇模塊(多口閥、電磁閥等)。主要功能：用于設(shè)定和選擇進(jìn)入測量單元的進(jìn)氣的流量、種類、分析順序和分析時長。主機(jī)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(nèi)CO2和CH4進(jìn)行分析，并通過儀器內(nèi)置程序轉(zhuǎn)換成響應(yīng)信號和濃度。標(biāo)氣單元主要包括工作標(biāo)氣、目標(biāo)標(biāo)氣、氣瓶、減壓閥等。主要功能：提供已知濃度的標(biāo)氣，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性檢驗(yàn)校準(zhǔn)。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(jī)、數(shù)據(jù)采集器等，基于所獲數(shù)據(jù)可進(jìn)行濃度計算。主要功能：采集系統(tǒng)輸出信號及儀器參數(shù)等相關(guān)信息，并存貯和轉(zhuǎn)換運(yùn)算。觀測系統(tǒng)性能指標(biāo)觀測系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)見表1。表1觀測系統(tǒng)主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)名稱性能指標(biāo)參數(shù)精度（5min平均）二氧化碳：≤0.025×10-6mol/mol甲烷：≤0.22×10-9mol/mol24h最大漂移（1h平均）二氧化碳：≤0.1×10-6mol/mol甲烷：≤1×10-9mol/mol測量濃度范圍二氧化碳：(300~700)×10-6mol/mol（有效精度范圍）甲烷：(1000~3000)×10-9mol/mol（有效精度范圍）除濕性能樣氣水汽濃度：<40×10-6mol/mol安裝要求站址選擇應(yīng)符合QX/T174大氣成分站或環(huán)境氣象站選址要求的規(guī)定。工作環(huán)境應(yīng)符合以下要求：應(yīng)干燥、清潔、整齊，避免震動、強(qiáng)電磁環(huán)境、陽光直射；具有良好的防雷擊條件，電源有過壓、過載和漏電保護(hù)裝置，接地電阻應(yīng)小于4?；溫、濕度保持相對穩(wěn)定，使室內(nèi)溫度能控制在（25±3）℃，相對濕度控制在60％以下；空調(diào)出風(fēng)口不應(yīng)直吹整個測量系統(tǒng)及管線等；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(yīng)小于5％，電源頻率（50±3）Hz。樣氣采集及處理單元應(yīng)符合以下要求：采樣口應(yīng)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，氣流暢通；采樣管應(yīng)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(hù)槽（管）內(nèi)并固定，保護(hù)槽（管）可架空或通過地下管道引入主機(jī)單元內(nèi)，管路應(yīng)避免U型回彎和盤管；采樣管應(yīng)在同一高度至少配備一根備份采樣管，不使用時應(yīng)對備份采樣兩端進(jìn)行封閉處理；主備采樣管走向一致，保持平行，路徑長度應(yīng)無明顯差別；采樣口應(yīng)安裝顆粒物過濾裝置，并有防水、防蟲、防腐等處理；空氣從采樣口進(jìn)入主機(jī)的駐留時間應(yīng)小于2min；空氣進(jìn)入主機(jī)進(jìn)氣口前，應(yīng)經(jīng)過除濕處理。樣氣選擇單元應(yīng)符合以下要求：采樣管線對CO2和CH4無污染、吸附作用；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；質(zhì)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%。主機(jī)單元應(yīng)符合以下要求：平穩(wěn)放置，四周應(yīng)有不小于10cm的散熱空間，遠(yuǎn)離氣體發(fā)熱體、強(qiáng)磁體和腐蝕物；在主機(jī)進(jìn)氣口前應(yīng)連接1μm～2μm孔徑的顆粒物過濾裝置；樣氣進(jìn)入主機(jī)之前應(yīng)進(jìn)行溫度和壓力平衡。標(biāo)氣單元應(yīng)符合以下要求：使用至少2瓶工作標(biāo)氣（高濃度標(biāo)氣、低濃度標(biāo)氣），工作標(biāo)氣濃度跨度涵蓋觀測地點(diǎn)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(biāo)氣的濃度值；使用至少1瓶目標(biāo)標(biāo)氣，目標(biāo)標(biāo)氣濃度接近觀測地點(diǎn)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(jié)果與標(biāo)稱值相比較來判別系統(tǒng)性能；應(yīng)設(shè)置標(biāo)氣瓶的固定裝置，水平置于通風(fēng)散熱良好且無陽光直射處；標(biāo)氣瓶安裝有減壓閥、壓力傳感器時，應(yīng)便于讀數(shù)，避免碰撞，標(biāo)氣瓶壓力應(yīng)不小于3.5MPa。數(shù)據(jù)采集單元應(yīng)符合5.2工作環(huán)境的要求。檢漏與測試要求檢漏觀測系統(tǒng)完成安裝后，應(yīng)對樣氣流經(jīng)的各部件、管線、連接部位及氣瓶進(jìn)行漏氣檢查，無漏氣。測試流量測試?yán)昧髁坑媽τ^測系統(tǒng)的標(biāo)氣、空氣等的流量進(jìn)行測試和調(diào)節(jié)，使樣氣流通穩(wěn)定。線性測試在相同測量條件下，利用至少5種不同濃度的標(biāo)氣進(jìn)行測量；不同濃度標(biāo)氣應(yīng)交替進(jìn)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；在每次測量時長內(nèi)選取至少60％的穩(wěn)定測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到每次標(biāo)氣測量濃度的平均值；對標(biāo)氣的標(biāo)稱濃度值和測量濃度平均值進(jìn)行最小二乘法線性擬合計算，擬合優(yōu)度應(yīng)大于99.99％，擬合殘差（擬合結(jié)果對于標(biāo)氣標(biāo)稱濃度的差）CO2應(yīng)小于0.1×10-6mol/mol，CH4應(yīng)小于1×10-9mol/mol。精度測試在相同測量條件下，利用同一濃度的標(biāo)氣進(jìn)行連續(xù)測量，測量時長不少于120min；計算測量時長內(nèi)24組5min時間步長的濃度響應(yīng)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，CO2應(yīng)小于0.025×10-6mol/mol，CH4應(yīng)小于0.22×10-9mol/mol。漂移測試在相同測量條件下，對同一濃度的標(biāo)氣進(jìn)行連續(xù)測量，測量時長不小于24h；計算測量時長內(nèi)24組1h時間步長的濃度響應(yīng)平均值的最大值和最小值間的偏差，CO2應(yīng)小于0.1×10-6mol/mol，CH4應(yīng)小于1×10-9mol/mol。日常運(yùn)行和維護(hù)要求日常運(yùn)行要求如下：定期對儀器進(jìn)行檢查和維護(hù)，在發(fā)現(xiàn)觀測儀器設(shè)備或觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，應(yīng)及時采取有效措施進(jìn)行處理，確保儀器設(shè)備正常運(yùn)行；詳細(xì)記錄觀測儀器的運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)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(jié)束時間、工作或事件內(nèi)容等；檢查標(biāo)氣瓶的壓力，當(dāng)壓力不足（低于3.5MPa）時應(yīng)及時更換，對換下的標(biāo)氣瓶進(jìn)行二次標(biāo)校溯源。應(yīng)妥善保管標(biāo)氣的標(biāo)校證書或標(biāo)校報告，并做好存檔。維護(hù)應(yīng)按要求開展但不限于以下維護(hù)活動：每月應(yīng)對觀測系統(tǒng)的所有氣路進(jìn)行至少一次漏氣檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理；每月應(yīng)對除濕裝置進(jìn)行至少一次檢查和維護(hù)，必要時補(bǔ)充或更換制冷劑等耗材；每3～6個月應(yīng)對采樣泵進(jìn)行至少一次檢查和維護(hù)，必要時應(yīng)更換泵膜等；每6個月對系統(tǒng)進(jìn)行一次常規(guī)檢查和維護(hù)（包括檢漏、流量檢查等），必要時對儀器內(nèi)部及外部過濾器進(jìn)行清潔或更換；每12個月應(yīng)用不同濃度的標(biāo)氣對系統(tǒng)進(jìn)行至少一次線性測試、精度測試和漂移測試；每年或在重污染事件后應(yīng)及時對采樣管進(jìn)行至少一次清潔，并更換進(jìn)氣口處的顆粒物過濾裝置；按有關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行其它維護(hù)。溯源要求要求如下：標(biāo)氣在使用前和換下后，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等級高于標(biāo)氣的高等級標(biāo)氣對其進(jìn)行測量和溯源；標(biāo)氣在使用周期內(nèi)，每年應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)等級高于標(biāo)氣的高等級標(biāo)氣進(jìn)行至少一次溯源；工作標(biāo)氣和目標(biāo)標(biāo)氣可溯源至WMO/GAW一級標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)[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(jī)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(wù)規(guī)范(試行).北京:氣象出版社,2012.[6]中國氣象局綜合觀測司.大氣成分觀測業(yè)務(wù)技術(shù)手冊(第一分冊:溫室氣體及相關(guān)微量成分).北京:氣象出版社,2014.[7]臧昆鵬