Koldioxid är den viktigaste växthusgasen i atmosfären och dess vertikala koncentrationsgradient är viktig för en korrekt förståelse och tolkning av den globala uppvärmningen, inversion av kolkällor och sänkor, kalibrering och validering av atmosfäriska transportmodeller, och fjärranalysmätningar.

Konventionella högprecisionsinstrument för koldioxidmätning, på grund av den stora storleken, tung massa av stödsystem och högt pris, är svåra att tillämpa på vertikal observation, så in situ mätning av koldioxid vertikala profiler inom gränsskiktet är sällsynt.

Efter år av ansträngning, kolcykel- och klimatförändringsgruppen från Institute of Atmospheric Physics (IAP), kinesiska vetenskapsakademin, och prof. Ning Zeng från University of Maryland, U.S., har framgångsrikt utvecklat ett billigt miniatyriserat koldioxidövervakningsinstrument baserat på icke-spridande infraröd teknik. Instrumentets ringa storlek och låga vikt gör det lätt att montera på en sondapparat för vertikal observation av koldioxidkoncentrationer (Figur 1).

Under 8-14 januari 2019, forskargruppen laddade instrumentet på ett vertikalt detektionssystem av den bundna ballongen från Sub-Center of Atmospheric Sciences, kinesiskt nätverk för ekosystemforskning, IAP och framgångsrikt genomfört in situ-observationer av koldioxidens vertikala fördelning i gränsskiktet (0-1000 m) i den sydvästra delen av Shijiazhuang City, Hebei -provinsen, Kina. Dr Yinghong Wang, en forskare från professor Yuesi Wangs grupp, samlade gasprover av olika höjd och mätte dem exakt med en gaskromatograf i laboratoriet.

Från dataanalys, det miniatyriserade instrumentet gav mycket konsekventa koldioxid vertikala profilresultat med de som erhållits med konventionella gaskromatografianalysatorer. "Efter en veckas kontinuerliga observationer, vi fann att koldioxidkoncentrationen i grunden tenderar att minska med ökande höjd och att den vertikala fördelningen av koldioxidkoncentrationen i gränsskiktet främst påverkas av gränsskiktets stabilitet och utsläppskällor, och dessa resultat bekräftades ytterligare av atmosfäriska modellsimuleringar, " förklarar motsvarande författare, Dr. Pengfei Han, från IAP. Alla dessa resultat har nyligen publicerats i Atmosfäriska och oceaniska vetenskapsbrev .

Det miniatyriserade instrumentet ger en enkel och effektiv metod för vertikal koldioxidobservation, vilket är lovande för applikationer och har högt replikationsvärde. "Baserat på stödet från National Key Research and Development Program [bidrag nummer 2017YFB0504000], vi inrättade ett observationsnät med hög densitet i Peking, Tianjin, och Hebei-regionerna genom att använda fördelarna med ett sådant lågkostnadsinstrument med hög precision, och observerade de tidsmässiga och rumsliga egenskaperna hos stadskoldioxidförändringar på kilometerskalan, som kommer att tillhandahålla vetenskapliga data för beslutsfattande med avseende på minskning av koldioxidutsläpp och lågkoldioxidutveckling i Kina, " avslutar Dr. Han.