【摘要】：溫室效應(yīng)就是由于大氣中二氧化碳等氣體含量增加,使全球氣溫升高的現(xiàn)象。氣溫升高,將導(dǎo)致某些地區(qū)雨量增加,某些地區(qū)出現(xiàn)干旱,颶風(fēng)力量增強(qiáng),出現(xiàn)頻率也將提高,自然災(zāi)害加劇。二氧化碳作為人類(lèi)生產(chǎn)社會(huì)活動(dòng)所排放的首要溫室氣體,其對(duì)溫室效應(yīng)的影響已引起了國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的廣泛關(guān)注。但是空氣中具有強(qiáng)烈溫室效應(yīng)的微量氣體的影響同樣不容忽視。全球增溫潛勢(shì)(global warming potential,簡(jiǎn)稱(chēng)GWP)的分析顯示,甲烷單位分子數(shù)的溫室效應(yīng)比二氧化碳大20多倍。大氣中的甲烷氣體濃度受到人類(lèi)活動(dòng)的影響很大,農(nóng)業(yè)排放是大氣甲烷主要人為排放源之一。因此,農(nóng)田甲烷排放通量長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估農(nóng)業(yè)面源甲烷排放水平具有重要意義。開(kāi)放光路氣體濃度檢測(cè)技術(shù)可在作物自然生長(zhǎng)狀態(tài)下連續(xù)自動(dòng)檢測(cè)農(nóng)田氣體排放濃度,結(jié)合氣象參數(shù),基于反向擴(kuò)散模型可計(jì)算農(nóng)田氣體排放通量。然而,在區(qū)域農(nóng)業(yè)面源通量的測(cè)量過(guò)程中,被測(cè)農(nóng)田區(qū)域與相鄰農(nóng)田構(gòu)成復(fù)合排放源,通量測(cè)量受到相鄰田地氣體排放的干擾。論文開(kāi)展了農(nóng)業(yè)復(fù)合面源排放通量測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究,主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)敘述了開(kāi)放光路激光吸收光譜氣體濃度測(cè)量和反向擴(kuò)散模型氣體排放率計(jì)算的原理,分析研究了農(nóng)業(yè)復(fù)合面源甲烷通量測(cè)量面臨的問(wèn)題,將復(fù)合面源通量測(cè)量問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域內(nèi)不同待測(cè)源之間交叉干擾的解析問(wèn)題,提出了基于待測(cè)源和風(fēng)向特征的農(nóng)業(yè)復(fù)合面源通量檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案與復(fù)合面源通量檢測(cè)方法。(2)研究了開(kāi)放光路激光氣體吸收光譜測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。提出了一種改進(jìn)的基于互相關(guān)的波長(zhǎng)偏移修正算法,提高了測(cè)量光譜波長(zhǎng)對(duì)準(zhǔn)的精度;基于信號(hào)主成分分析,根據(jù)信號(hào)與噪聲對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)值不同,提出了級(jí)聯(lián)分階式奇異值分解光譜優(yōu)化算法,增強(qiáng)了光譜信號(hào)的抗干擾能力;研究了大氣湍流對(duì)激光檢測(cè)光強(qiáng)和相位起伏的影響,提出了一種同頻雙波的光譜數(shù)據(jù)處理算法,降低了大氣湍流的閃爍噪聲影響;采用一個(gè)周期內(nèi)同頻雙波諧波相位之間的關(guān)系,降低了大氣湍流造成的相位起伏影響。研發(fā)了激光吸收光譜信號(hào)檢測(cè)電路和控制分析軟件。(3)開(kāi)展了氣體檢測(cè)濃度測(cè)量與氣象參數(shù)測(cè)量的評(píng)估實(shí)驗(yàn),分析了數(shù)據(jù)質(zhì)量。利用光學(xué)多次反射樣品池和標(biāo)準(zhǔn)濃度氣體進(jìn)行了氣體濃度測(cè)量實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)室的靜態(tài)準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)差為0.02725,10組重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)差均優(yōu)于0.03155,測(cè)量曲線(xiàn)與擬合曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.990,靜態(tài)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)差為0.04998,靜態(tài)響應(yīng)時(shí)間τ3s。采用旋轉(zhuǎn)的薄相位屏仿真大氣湍流,進(jìn)行了模擬環(huán)境的準(zhǔn)確性與重復(fù)性評(píng)估,準(zhǔn)確性標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于0.0548,重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差優(yōu)于0.06801;微氣象參數(shù)的測(cè)定與評(píng)估主要包括氣象參數(shù)軟件設(shè)計(jì),選擇實(shí)驗(yàn)大樓零風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了風(fēng)偏測(cè)試,并與基準(zhǔn)儀器進(jìn)行相同環(huán)境下的一致性分析,兩個(gè)傳感器的平均風(fēng)速相關(guān)性為0.8127。(4)開(kāi)展了通量測(cè)量系統(tǒng)的外場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn),檢驗(yàn)了通量測(cè)量的準(zhǔn)確性和環(huán)境適應(yīng)性。采用人工模擬甲烷揮發(fā)源構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地,對(duì)比分析了人工模擬甲烷揮發(fā)源的釋放速率Q與反向擴(kuò)散模型得到的QbLs,QbLS/Q結(jié)果范圍在0.7929～1.014,驗(yàn)證了反向擴(kuò)散模型的準(zhǔn)確性;通過(guò)兩套測(cè)量裝置,分別進(jìn)行了理想環(huán)境、源下風(fēng)向與源上架設(shè)環(huán)境干擾情況下的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,理想環(huán)境下QbLS/Q的標(biāo)準(zhǔn)差為0.0277,源下風(fēng)向架設(shè)得到的QbLS/Q標(biāo)準(zhǔn)差為0.0283,源上架設(shè)的QbLS/Q標(biāo)準(zhǔn)差為0.0256,說(shuō)明局部風(fēng)干擾對(duì)氣體通量測(cè)量誤差可以忽略不計(jì)。(5)開(kāi)展了農(nóng)業(yè)復(fù)合面源外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析。在外場(chǎng)構(gòu)建了采用兩個(gè)模擬排放源的復(fù)合面源排放場(chǎng)景,利用本論文提出的復(fù)合面源通量測(cè)量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量,結(jié)果表明,待測(cè)源a的QbLSa/Qa的標(biāo)準(zhǔn)差為0.173,待測(cè)源b的QbLSb/Qb的標(biāo)準(zhǔn)差為0.1842,實(shí)現(xiàn)了待測(cè)區(qū)域內(nèi)不同排放源氣體通量的準(zhǔn)確測(cè)量;在中科院封丘生態(tài)站開(kāi)展了農(nóng)田復(fù)合面源甲烷通量測(cè)量外場(chǎng)實(shí)驗(yàn),對(duì)不同施肥方式的待測(cè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)量,待測(cè)源a的通量結(jié)果平均值為31.1402ug/m2/s,待測(cè)源b為43.7159 ug/m2/s,實(shí)現(xiàn)了復(fù)合面源甲烷通量排放的準(zhǔn)確測(cè)量。
【圖文】：

１章第１章緒論逡逑１．１研究背景與意義逡逑全球氣候變化問(wèn)題不容小覷，近年來(lái)關(guān)注逐步加強(qiáng)。甲烷作一重要因素，其溫室效應(yīng)影響僅僅低于二氧化碳。雖然大氣中甲氧化碳，但在甲烷與二氧化碳等量的前提下，甲烷對(duì)溫室效應(yīng)的的２２倍，其中２６％的溫室效應(yīng)是由甲烷引起的，它具有較高的的減排空間。并且大氣中甲烷的含量對(duì)于輻射過(guò)程研究也是至的甲烷氣體濃度受到人類(lèi)活動(dòng)的影響很大，人為因素造成的甲烷排放的６０％。但主要排放源來(lái)自農(nóng)業(yè)活動(dòng)，有研究結(jié)果表明農(nóng)占人為甲烷排放的約三分之一［１４］。逡逑

水平徑向羽流映射將調(diào)查區(qū)域分為笛卡爾矩形單元網(wǎng)格。在每一個(gè)單元中放逡逑置反射鏡，通過(guò)測(cè)量設(shè)備掃描到反射鏡確定被測(cè)區(qū)域每個(gè)單元的平均濃度，結(jié)合逡逑氣象信息，計(jì)算排放通量，如圖１．２所示。逡逑ｆ邋７丨邋８邋Ｉ邋／邋９逡逑－邋也邋！邐ｒ邋／逡逑，丨１邋／邋／邐逡逑５０－邋６逡逑－ｎｙ邐２邋—＂ｒ逡逑0邋＿邋邐＾邐邐邐逡逑Ｘ軸逡逑＿Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐１邐逡逑０邐５０逡逑圖１．２水平徑向羽流映射示意圖（引自Ｈａｓｈｍｏｎａｙｅｔａｌ．，２００８）逡逑垂直徑向羽流映射使用多個(gè)光束路徑測(cè)量垂直氣體濃度分布，作為測(cè)量函數(shù)。逡逑測(cè)量設(shè)備順序掃描多個(gè)角反射鏡組件。角反射鏡組件其中三個(gè)沿地平面?zhèn)蕊L(fēng)方向逡逑架設(shè)，另外兩個(gè)沿垂直方向架設(shè)，附加的配置在側(cè)風(fēng)方向上提供了更好的羽流空逡逑間定義＾１４１。隨著測(cè)量設(shè)備在每個(gè)路徑組件之間循環(huán)，收集氣體濃度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S181

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本文編號(hào)：2636703