一种温室气体和碳同位素浓度监测系统的制作方法

本发明涉及监测设备，更具体的说是涉及一种温室气体和碳同位素浓度监测系统。

背景技术：

1、地表和海洋的碳汇能力在吸收人类活动排放的碳总量方面发挥着关键作用，大约占据了排放总量的一半。然而，这种平衡状态能否持续，将对全球碳循环带来显著的不确定性。在众多温室气体中，二氧化碳(co2)是最主要的成分，其浓度的微小变化都可能对全球气温产生直接影响。尽管甲烷(ch4)和一氧化碳(co)的浓度相对较低，但它们在热吸收效率上远远超过co2，因此在气候变化中同样扮演着不可忽视的角色。监测co2、ch4和co温室气体的浓度变化，可以揭示碳在地球系统中的循环过程，包括碳的排放源(如化石燃料和生物质的燃烧、土地使用的变化)以及碳的汇(如海洋的吸收和植被的光合作用)，对其监测有助于理解碳循环的动态变化。此外，同位素分析提供了一种区分不同碳源的有效手段，碳同位素包括12c和13c，例如，化石燃料和生物质燃烧、植物的光合作用、土壤有机质的分解以及海洋的吸收过程，都具有独特的13c/12c比值。通过精确测量大气中co2和ch4的13c/12c比值，可以推断出co2和ch4的具体来源和汇，进而追踪人类活动对碳循环的影响，并评估其对全球气候变化的贡献。

2、目前，针对温室气体的高精度测量，业界已开发出多种技术，包括光腔衰荡光谱法(crds)、离轴积分腔输出光谱法(oa-icos)、腔增强非色散红外吸收法(ndir)、傅里叶变换红外光谱法(ftir)以及气相色谱法(gc)。在这些方法中，光腔衰荡技术以其成熟和稳定的性能而广受青睐，并被广泛应用于实际测量中。然而，光腔衰荡光谱技术(crds)在进行温室气体和碳同位素的观测时，对于流量和除湿的要求存在差异，目前的做法是构建两套成本高昂的预处理系统，这不仅增加了耗材的使用，也提高了整体的测量成本。此外，由于两套系统的气路较长，难以确保观测的同步性，尤其在同位素观测中，一些材料和溶剂可能会与样气中的目标成分发生吸附或化学反应，这将对观测结果的准确性造成影响，进而为源汇分析带来不确定性。

3、因此，如何提高温室气体和碳同位素的监测精度，降低运行成本是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，设计一种高效集成的监测系统，开展长期温室气体和碳同位素的同步高精度监测工作，在节省运行成本的同时，能够为气候变化研究和环境监测提供强有力的技术支持。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，包括依次连接的：

4、样气采集模块、样气除水模块、标气模块、样气选择模块、样气测量模块和数据分析模块；

5、所述标气模块和所述样气选择模块分别设置有两组，所述样气测量模块包括温室气体分析仪主机和碳同位素分析仪主机，所述样气采集模块采集的样气经过所述样气除水模块进行除水后，分路输入两组所述样气选择模块，同时每组所述标气模块对应连接一组所述样气选择模块，两组所述样气选择模块的输出分别连接温室气体分析仪主机和碳同位素分析仪主机。

6、优选的，所述样气采集模块包括依次连接的采样塔和采样泵，所述采样泵连接所述样气除水模块。

7、优选的，所述样气除水模块为三级除水装置，包括依次连接的冷阱、渗透膜除水阀箱和深度除水设备；所述渗透膜除水阀箱还依次连接干燥机和空压机；所述深度除水设备包括酒精浴冷阱或者干燥的高氯酸镁管路；所述深度除水设备连接所述样气选择模块。所述采样泵连接所述冷阱的进气口。

8、优选的，冷阱包括制冷机、冷却管和蠕动泵，冷却管设置于制冷机中，且连接蠕动泵和采样泵；渗透膜除水阀箱包括箱体和设置在箱体内的渗透膜除水管，渗透膜除水管连接冷却管和深度除水设备，箱体连通干燥机。

9、冷阱实现一级除水，其中样气在冷却管内产生冷凝水再通过蠕动泵排出，渗透膜除水阀箱实现二级除水，其中空压机和干燥机为渗透膜除水阀箱提供干燥气，样气通过渗透膜除水管渗透出的水分由干燥器吹扫排出，深度除水设备实现三级除水。

10、优选的，所述标气模块包括高浓度工作标气源、低浓度工作标气源和目标标气源，分别连接至所述样气选择模块。

11、优选的，所述样气选择模块包括依次连接的控制阀和进样流量控制阀箱，所述进样流量控制阀箱连接所述温室气体分析仪主机或所述碳同位素分析仪主机。高浓度工作标气源、低浓度工作标气源、目标标气源和深度除水设备分别连接控制阀，通过控制阀控制输入进样流量控制阀箱的气体种类、进气顺序和进气时长等。

12、优选的，所述样气测量模块的所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别连接一组抽气泵，所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别连接至所述数据分析模块。

13、优选的，所述数据分析模块为数据分析处理器，可以采用电脑主机。

14、优选的，所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别包括依次连接的过滤器、压力控制器、光室和排空管路，所述排空管路连接所述抽气泵。所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机使用的近红外波段激光不同，分别实现co2/ch4/co温室气体检测和12c/13c碳同位素检测。

15、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，搭建了一种高效集成化的温室气体和碳同位素的同步观测系统，通过优化设计，减少气路长度，提升耗材的使用效率，大幅降低了运维成本，同时提高了气体传输效率，从而减少材料和溶剂对观测结果的潜在干扰，为温室气体和碳同位素的精确测量提供更为可靠的技术支持，并且结合了高精度的传感器和数据分析软件，确保了数据采集的准确性和实时性，使得数据处理和分析更加高效，提高了观测的同步性和准确性。具体的，系统通过样气采集、样气除水、样气选择、标气、数据采集与处理、监测报警等步骤，进行水汽去除(极干燥)、控温控压、选择物种、控制分析顺序和时长、提高精度等精细控制和处理，进而能够连续、稳定地为分析仪主机提供观测样气，确保了样气在温度、压力和成分上达到分析主机的观测要求；通过精确控制分析顺序和时长，为分析仪主机持续、稳定地提供高质量的观测样本，系统不仅提高了测量精度，还增强了观测的连续性和稳定性。本发明监测系统的推广，将极大地促进全球碳循环研究，对于揭示气候变化背后的科学规律，制定科学合理的减排策略，以及推动可持续发展具有重要意义。

技术特征：

1.一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，包括依次连接的样气采集模块、样气除水模块、标气模块、样气选择模块、样气测量模块和数据分析模块；

2.根据权利要求1所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述样气采集模块包括依次连接的采样塔和采样泵，所述采样泵连接所述样气除水模块。

3.根据权利要求1所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述样气除水模块包括依次连接的冷阱、渗透膜除水阀箱和深度除水设备；所述渗透膜除水阀箱还依次连接干燥机和空压机；所述深度除水设备包括酒精浴冷阱或者高氯酸镁管路；所述深度除水设备连接所述样气选择模块。

4.根据权利要求3所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述冷阱包括制冷机、冷却管和蠕动泵，所述冷却管设置于所述制冷机中，且连接所述蠕动泵和所述样气采集模块；所述渗透膜除水阀箱包括箱体和设置在所述箱体内的渗透膜除水管，所述渗透膜除水管连接所述冷却管和所述深度除水设备，所述箱体连接所述干燥机。

5.根据权利要求1所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述标气模块包括高浓度工作标气源、低浓度工作标气源和目标标气源，分别连接至所述样气选择模块。

6.根据权利要求1所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述样气选择模块包括依次连接的控制阀和进样流量控制阀箱，所述进样流量控制阀箱连接所述温室气体分析仪主机或所述碳同位素分析仪主机。

7.根据权利要求1所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述样气测量模块的所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别连接一组抽气泵，所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别连接至所述数据分析模块。

8.根据权利要求7所述的一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，其特征在于，所述温室气体分析仪主机和所述碳同位素分析仪主机分别包括依次连接的过滤器、压力控制器、光室和排空管路，所述排空管路连接所述抽气泵。

技术总结本发明公开了一种温室气体和碳同位素浓度监测系统，涉及监测设备技术领域，包括依次连接的样气采集模块、样气除水模块、标气模块、样气选择模块、样气测量模块和数据分析模块；标气模块和样气选择模块分别设置有两组，样气测量模块包括温室气体分析仪主机和碳同位素分析仪主机，样气采集模块采集的样气经过样气除水模块进行除水后，分路输入两组样气选择模块，同时每组标气模块对应连接一组样气选择模块，两组样气选择模块的输出分别连接温室气体分析仪主机和碳同位素分析仪主机。本发明的为一种高效集成系统，能够在节省运行成本的同时，提高温室气体和碳同位素的同步监测精度。技术研发人员：张璐瑶,娄梦筠,李立城,马千里,董一雷,邹宇,汤晨光,徐黄飞,张绿夷受保护的技术使用者：中国气象局广州热带海洋气象研究所（广东省气象科学研究所）技术研发日：技术公布日：2024/10/17