水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法，有助于消除在使用同位素光谱仪测定水汽同位素时的误差。该方法包括：使用光谱仪测量指定水在预设的多个湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得到第一比率序列；使用该光谱仪测量指定水在指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据第一比率序列、多个湿度值、以及指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行高阶多项式拟合以得到针对该光谱仪的湿度归一化公式；使用该光谱仪测量被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据归一化公式和被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得出被测水汽归一化到指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同位素测定
，特别是涉及一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法和装置。
技术介绍
自然界中不同形式的水分子(H216O，HDO，H218O)存在质量和组合形式的差别，导致在不同气象条件下相态转化中的同位素分馏差异。如液态水蒸发成气态过程中，含有较重同位素原子的水分子(如含有18O、D)相对于普通的水分子更难蒸发。为了界定不同水体中到底含有多少重同位素，以维也纳附近的海水作为基础标准，定义了同位素比率，为样品值与维也纳海水值之比，其中样品值为[HDO]/[H2O](即HDO的浓度与H2O的浓度之比)；维也纳海水值为([HDO]/[H2O])-1。这样表示主要是为了方便进行相关的计算。过去几十年中，对于水氢氧同位素比率(习惯上分别以δ18O和δD)的测定，一般采用同位素质谱仪(如MAT-253、DeltaPlus)进行测定。而对于大气水汽中稳定同位素比率的测定，主要依靠大气水汽冷阱收集，将大气中的水汽，通过超低温冷凝的方法，收集到样品瓶中，带回实验室内使用同位素质谱仪进行分析。因为质谱仪的体积非常大，运输困难，所以限制了其应用。近几年来，同位素光谱仪(如PicarroL1102i、LGRWVIA)的发展，使得人们拥有了另外一种手段进行水氢氧稳定同位素比率的测定。其主要原理是：红外波段的激光，通过水汽时会产生衰减，其衰减比率和距离以及水汽中各原子的组成有关，因此可以通过激光光谱的衰减率，判定待测水中的氢氧同位素组成。与质谱仪相比，同位素光谱仪体积非常小，因此获得了广泛的应用。但是同位素光谱仪的测量结果误差较大。为促进水氢氧稳定同位素比率方面的研究，国际原子能机构(IAEA)提出了国际水同位素测定对比计划(http://www-naweb.iaea.org/napc/ih/index.html)，但是该计划只针对同位素质谱仪测定实验室开展。同位素光谱仪的监测技术仍没有统一标准，也未普遍达到可接受水平，因此暂不能加入该计划。为促进同位素光谱仪技术的进步，法国国家科学院LGGE实验室召集全球科学家于2013年10月15-20日举行了“第一届大气水汽稳定同位素观测、模拟和测量技术研讨会”，拟定发布白皮书，统一技术标准，但未取得实质进展(http://caylor.princeton.edu/2014/01/first-international-workshop-on-advances-in-observations-models-and-measurements-techniques-of-atmospheric-water-vapor-isotopes/)。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法，有助于消除在使用同位素光谱仪测定水汽同位素时的误差。为达到上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法。本专利技术的水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法包括：使用光谱仪测量指定水在预设的多个湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得到第一比率序列；使用该光谱仪测量所述指定水在指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述第一比率序列、所述多个湿度值、以及所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行高阶多项式拟合以得到针对该光谱仪的湿度归一化公式，其中自变量是湿度值，因变量是指定标准水在该自变量下的氢氧稳定同位素比率与所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率之间的差值；使用该光谱仪测量被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述归一化公式和所述被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得出所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率。可选地，该方法还包括：使用该光谱仪多次测量指定的标准水在所述指定湿度值的预设邻域内的氢氧稳定同位素比率得到系列测量值；根据所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率和所述系列测量值进行线性拟合以得到针对该光谱仪的线性校正公式，其中自变量是所述系列测量值，因变量是所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率；使用所述线性校正公式对所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行校正。可选地，所述指定湿度值为19000ppm。可选地，所述被测水汽是大气水汽；所述多个湿度值位于给定时段内观测得到的多个大气水汽绝对湿度值中的最大值和最小值之间。可选地，所述被测水汽是大气水汽；所述指定的标准水为3种标准水；对于给定时段内观测得到的多个大气水汽氢氧稳定同位素比率的多个测量值，在所述3种标准水中，氢氧稳定同位素比率的最大值和最小值分别大于和小于该多个测量值中的最大值和最小值。可选地，所述指定湿度值的邻域为[17500,21000]ppm。可选地，所述指定水的氢氧稳定同位素比率介于所述3种标准水中氢氧稳定同位素比率的最大值和最小值之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理装置。本专利技术的水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理装置包括：第一存储模块，用于保存第一比率序列，该第一比率序列是使用光谱仪测量指定水在预设的多个湿度值下的氢氧稳定同位素比率而得到；第二存储模块，用于保存使用该光谱仪测量得到的所述指定水在指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率；多项式拟合模块，用于根据所述第一比率序列、所述多个湿度值、以及所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行高阶多项式拟合以得到针对该光谱仪的湿度归一化公式，其中自变量是湿度值，因变量是指定标准水在该自变量下的氢氧稳定同位素比率与所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率之间的差值；第三存储模块，用于保存使用该光谱仪测量得到的被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率；归一化模块，用于根据所述归一化公式和所述被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得出所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率。可选地，该处理装置还包括：第四存储模块，用于保存使用该光谱仪多次测量指定的标准水在所述指定湿度值的预设邻域内的氢氧稳定同位素比率得到的系列测量值；线性拟合模块，用于根据所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率和所述系列测量值进行线性拟合以得到针对该光谱仪的线性校正公式，其中自变量是所述系列测量值，因变量是所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率；线性校正模块，用于使用所述线性校正公式对所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行校正。可选地，所述被测水汽是大气水汽；所述指定的标准水为3种标准水；对于给定时段内观测得到的多个大气水汽氢氧稳定同位素比率的多个测量值，在所述3种标准水中，氢氧稳定同位素比率的最大值和最小值分别大于和小于该多个测量值中的最大值和最小值；所述指定标准水的氢氧稳定同位素比率介于所述3种标准水中氢氧稳定同位素比率的最大值和最小值之间。根据本专利技术的技术方案，针对光谱仪的测量结果随湿度变化的特点进行湿度校正，并且针对其飘移误差进行线性校正，有助于消除在使用同位素光谱仪测定水汽同位素时的误差，使光谱仪的测量结果接近真实值。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法，其特征在于，该处理方法包括：使用光谱仪测量指定水在预设的多个湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得到第一比率序列；使用该光谱仪测量所述指定水在指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述第一比率序列、所述多个湿度值、以及所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行高阶多项式拟合以得到针对该光谱仪的湿度归一化公式，其中自变量是湿度值，因变量是指定标准水在该自变量下的氢氧稳定同位素比率与所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率之间的差值；使用该光谱仪测量被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述归一化公式和所述被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得出所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率。

【技术特征摘要】
1.一种水汽中氢氧稳定同位素比率的测量数据的处理方法，其特征在于，该处理方法包括：使用光谱仪测量指定水在预设的多个湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得到第一比率序列；使用该光谱仪测量所述指定水在指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述第一比率序列、所述多个湿度值、以及所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行高阶多项式拟合以得到针对该光谱仪的湿度归一化公式，其中自变量是湿度值，因变量是指定标准水在该自变量下的氢氧稳定同位素比率与所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率之间的差值；使用该光谱仪测量被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率；根据所述归一化公式和所述被测水汽的当前湿度值和该当前湿度值下的氢氧稳定同位素比率，得出所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率。2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，还包括：使用该光谱仪多次测量指定的标准水在所述指定湿度值的预设邻域内的氢氧稳定同位素比率得到系列测量值；根据所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率和所述系列测量值进行线性拟合以得到针对该光谱仪的线性校正公式，其中自变量是所述系列测量值，因变量是所述标准水的实际氢氧稳定同位素比率；使用所述线性校正公式对所述被测水汽归一化到所述指定湿度值下的氢氧稳定同位素比率进行校正。3.根据权利要求1或2所述的处理方法，其特征在于，所述指定湿度值为19000ppm。4.根据权利要求1，2或3所述的处理方法，其特征在于，所述被测水汽是大气水汽；所述多个湿度值位于给定时段内观测得到的多个大气水汽绝对湿度值中的最大值和最小值之间。5.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于，所述被测水汽是大气水汽；所述指定的标准水为3种标准水；对于给定时段内观测得到的多个大气水汽氢氧稳定同位素比率的多个测量值，在所述3种标准水中，氢氧稳定同位素比率的最大值和最小值分别大于和小于该多个测量值中的最大值和最小值。6.根据权利要求2或5所述的处理方法，其特征在于，所述指定湿度值的邻域为[17500,21000]ppm。7.根据权利要求5所述的处理方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁明虎，张通，效存德，郭晓寅，张东启，柳景峰，
申请(专利权)人：中国气象科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11