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SBA-5 CO2傳感器參與Utah State University大氣混合研究項目

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冷空氣幾乎每天晚上都會在山谷底部積聚。持久冷空氣池( Persistent cold air pools, PCAPs)在冬季非常常見,尤其是在積雪覆蓋的情況下。通常我們認為,PCAPs與周圍大氣之間的交互混勻是非常小的。

美國猶他州州立大學Plants、Soils & Climate研究組正準備更好的量化Cache山谷這一獨特地理的大氣混合情況。美國猶他州Cache山谷方圓800平方公里,北部與Wellsville山脈接壤。這個封閉的山谷是研究大氣混合的理想之選。

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該研究組開發了一個多海拔的氣象站網絡‎‎,精確測量不同海拔位置的微小氣溫變化、空氣運動;同時搭載PP SYSTEMS公司生產的經濟型SBA-5紅外氣體分析儀來測量大氣CO‎2。因為可以準確地估計封閉山谷中冬季二氧化碳排放的來源和位置,該研究組使用二氧化碳作為示蹤氣體來研究大氣混合。

最初部署使用的5個開放式路徑傳感器(Vaisala, GMP343)具有顯著的溫度敏感性,這嚴重影響了對二氧化碳重循環的檢測。因此,該研究組開始重新測試一種低成本經濟型的封閉式路徑SBA-5二氧化碳傳感器(PP SYSTEMS)。

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精密度 Precision

SBA-5具有自動調零/跨度(automated zero/span)功能,以及垂直二氧化碳剖面測量技術。通過在50小時內以1hz的頻率從壓縮空氣罐中取樣空氣,測試了6個SBA-5的精度。

實驗室測試顯示了SBA-5極優的性能。如下圖所示,Allan方差分析顯示,SBA-5精度為0.2~0.4 ppm,平均時間10s~1h,因此說明每隔1h進行自動調零/跨度為**方案。

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調零/跨度穩定性 Zero/span stability

6個SBA-5傳感器在實驗室中運行54天,在調零氣、壓縮空氣和外部空氣之間循環測定。在自動調零/跨度功能優化后,調零/跨度偏差0.14ppm,標準差0.35ppm。

Confirm span after setting

• Bias: 0.14 (ppm)

• Standard deviation: 0.35 (ppm)

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結論

美國PP SYSTEMS公司SBA-5型CO2傳感器具有非常穩定的跨度。它的零點漂移可以通過每小時的自動零點技術進行優化。其低成本使得整個系統的部件成本可以與開徑CO2傳感器相媲美,同時可以實現自動零/跨度且適應于在不同海拔高度的精確測量。

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該研究組初期數據表明,PCAPs持續期間大氣混合情況比通常認為的要多。


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