本实用新型专利技术涉及一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统，其结构特征基于积分腔输出光谱技术的CH4气体在线分析系统，同时，通过在集气罩上方加设文氏管，文氏管内气压稳定开始收集气体，由集气罩内收集到的CH4气体直接导入光学谐振腔进行浓度分析。本实用新型专利技术解决了当前青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体监测受自然条件和人为影响因素大、观测费用高昂，所获得的数据连续性不强和规律性差等问题，实现了多年冻土区热融湖塘CH4通量自动、连续、分辨率较高的监测，为进一步阐释青藏高原多年冻土区对全球气候变化响应提供了有力的技术支撑和数据积累。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种适用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体监测系统。
技术介绍
多年冻土区对气候变化非常敏感，是气候变化的“放大器”，该区域CH4气体的释放在全球碳循环过程中扮演着重要的角色。随气候变化，多年冻土区陆面过程产生显著变化，土体本身的水热耦合过程发生改变，引起冻土有机质输入的减少及其物理保护层的破坏，地下水位下降，冻土活动层底部水分过饱和时间增加，形成温度较高的厌氧环境，使冻土土壤微生物产CH4速率增加，气温升高导致冻土融化深度增加，引起大量CH4气体释放，加速了气候变化之间的正反馈。因此，CH4对全球气候变暖的响应研究正在成为一个新的热点领域和前沿课题。青藏高原作为低纬度高海拔多年冻土的典型代表，对于未来气候变化的评估预测具有十分重要的意义，高原上数量和面积可观的热融湖塘受全球气候变暖和人类活动的双重影响，热融湖塘释放出大量CH4气体，这对于青藏高原碳库的准确测算及气候变化对多年冻土区的反馈作用具有很大的影响，气候的轻微波动必将对其生态系统产生扰动，进而打破碳平衡过程和碳库的稳定性。因此，青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4释放的研究成为该领域的研究重点和热点。热融湖塘是青藏高原多年冻土区形成的特殊的地貌单元，是指在天然或人为因素的影响下，地下冰层融化，融水渗浸进入或汇聚于洼地形成，是多年冻土在交替冻结融化过程中逐渐形成的产物，在青藏高原多年冻土区广泛发育。随着全球变化和人类在高原的活动增加这种由水热过程变化引起的湖塘数量越来越多，发育速度明显增快，规模有明显的增加趋势。这种热融湖塘主要发育在高寒草甸地区，由于热融湖塘的形成导致湖塘及周围的植被出现退化，同时出现长期或季节性的积水破坏了冻土的水热局部平衡，对草甸生态环境造成一定的影响。多年冻土区的热融湖由于其形成历史、发育过程各不相同，其面积大小不一，积水深度也各不相同。一些热融湖积水深度小于年最大冻结冰层厚度，在寒季湖水全部冻结至湖底，湖底温度＜0℃，这种热融湖底部不会形成融化层，但湖下多年冻土地温会随着时间的增加而升高；另外一些热融湖水深大于年最大冰层厚度，寒季湖水不完全冻结至湖底，湖底温度＞0℃，在冬季没有被冻结的湖水对地温和局部多年冻土结构产生显著的影响，湖底下可能会形成融化层。融化层的形成和发展对热融湖周围及其下部土层的物理、化学、生物性质及地貌形成过程产生非常重要的影响，并可能引起热融沉陷和多年冻土退化。同时,暖季冰层融化时,热融湖释放出大量CH4气体,增加了高海拔地区CH4的年循环量,对气候变暖产生正面效应。目前，由于，青藏高原多年冻土区存在：1）恶劣的气候条件，较低的气温，漫长的冬季，常年多风；2）热融湖塘结冰期较长，可达6~7个月之久；3）热融湖塘种类较多，不同类型热融湖塘之间排放CO2/CH4速率、周期存在明显差异；4）后勤补给困难等原因，很多在温带、热带应用成熟的水体CO2/CH4气体采集监测系统在青藏高原多年冻土区难以开展工作，无法获取高分辨率（30min）、长序列（多年）的观测数据。因此，目前国内、外研究人员对青藏高原多年冻土区热融湖塘CO2/CH4气体的准确量化成为该研究领域的瓶颈，特别是直接、原位的对青藏高原多年冻土区热融湖塘自然水体释放CO2/CH4气体进行分层收集成为难中之难，亟需从技术层面解决这一问题。以期获得质量和分辨率较高的热融湖塘CH4通量数据，为青藏高原多年冻土区热融湖塘碳循环研究工作提供技术支撑。
技术实现思路
鉴于上述，本技术的目的在于提供一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统。该系统根据青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体排放特点，利用离轴积分腔输出光谱技术，对青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体进行有效捕捉、精确测量，旨在获取连续性强、分辨率较高且数据质量得到有效控制的热融湖塘CH4通量数据，为相关科学研究提供基础数据，促进该地区碳循环研究的发展。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统，是由计算机、恒温保护箱、PVC保温材料、1#函数发生器、半导体激光控制器、DFB型可调谐半导体激光器、光纤隔离器、光纤分束器、光纤准直器、1#腔镜、真空泵、集气管/标尺、支架、摄像头、温度探头、波长计、数据采集卡、压电换能器、光电探测器、2#腔镜、压电换能驱动电源、光学谐振腔、软质导气管、文氏管、浮子、硬质导气管、集气阀门、集气罩构成。恒温保护箱内壁置有PVC保温材料,恒温保护箱内，1#函数发生器、半导体激光控制器、DFB型可调谐半导体激光器、光纤隔离器、光纤分束器、光纤准直器、1#腔镜、光学谐振腔、压电换能器、光电探测器和2#腔镜依次串联，波长计连接数据采集卡与光纤分束器、光纤准直器、光学谐振腔、压电换能器、光电探测器并联，2#函数发生器又与压电换能器和压电换能驱动电源连接，形成的CH4气体分析系统置于支架的上方，计算机放置恒温保护箱上，与数据采集卡连接；真空泵和集气管/标尺直接相连，集气管/标尺通过软质导气管与集气罩上集气阀门的相连，集气罩上设置文氏管和浮子，浮子居于水位中，摄像头和温度探头固定在集气管/标尺上，硬质导气管连接集气管/标尺左右集气罩上的两集气阀门。本技术的优点和有益效果是：1.避免人为活动对试验样地的干扰影响。本技术通过集气系统实现无人值守情况下，自动获取青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体，并进行在线实时监测。2.降低了青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体监测试验成本。本技术运行过程中不需要工作人员在现场进行实时取样分析工作，按目前青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体监测试验，一般需要四名工作人员，一台车辆（接送试验人员从住宿地到试验样地以及拉运试验器材），才能正常开展试验，每天花销在2000元左右。本技术实施后，不需要人为到现场做试验，大大降低了人力成本，节省了试验费用。3.本技术的另外一个主要优势就是可以获取了连续性较强、规律性较好，分辨率较高的精度较高的青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4通量数据。这对于量化研究热融湖塘碳排放对整个青藏高原多年冻土区碳排放的贡献、影响具有十分重要的意义，对于认识未来青藏高原草地生态系统碳循环的发展趋势及其土壤碳库的稳定性评估发挥一定的作用。附图说明图1是本技术示意图。具体实施方式下面结合附图，将对本技术技术方案再做进一步的说明。如图1所示，一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统，是由计算机1、恒温保护箱2、PVC保温材料3、1#函数发生器4、半导体激光控制器5、DFB型可调谐半导体激光器6、光纤隔离器7、光纤分束器8、光纤准直器9、1#腔镜20、真空泵10、集气管/标尺11、支架12、摄像头14、温度探头15、波长计16、数据采集卡17、压电换能器18、光电探测器19、2#腔镜20\、压电换能驱动电源21、光学谐振腔22、软质导气管23、文氏管24、浮子25、硬质导气管26、集气阀门27和集气罩28构成。恒温保护箱2内壁附有PVC保温材料3。箱体内，1#函数发生器4、半导体激光控制器5、DFB型可调谐半导体激光器6、光纤隔离器7、光纤分束器8、光纤准直器9、1#腔镜20、光学谐振腔22、压电换能器18、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统，是由计算机（1）、恒温保护箱（2）、PVC保温材料（3）、2#函数发生器（4）、半导体激光控制器（5）、DFB型可调谐半导体激光器（6）、光纤隔离器（7）、光纤分束器（8）、光纤准直器（9）、1#腔镜（20）真空泵（10）、集气管/标尺（11）、支架（12）、摄像头（14）、温度探头（15）、波长计（16）、数据采集卡（17）、压电换能器（18）、光电探测器（19）、2#腔镜（20）、压电换能驱动电源（21）、光学谐振腔（22）、软质导气管（23）、文氏管（24）、浮子（25）、硬质导气管（26）、集气阀门（27）、集气罩（28）构成，恒温保护箱（2）内壁置有PVC保温材料（3）, 恒温保护箱（2）内，1#函数发生器（4）、半导体激光控制器（5）、DFB型可调谐半导体激光器（6）、光纤隔离器（7）、光纤分束器（8）、光纤准直器（9）、1#腔镜（20）、光学谐振腔（22）、压电换能器（18）、光电探测器（19）和2#腔镜（20）依次串联，波长计（16）连接数据采集卡（17）与光纤分束器（8）、光纤准直器（9）、光学谐振腔（22）、压电换能器（18）、光电探测器（19）并联，2#函数发生器（4）又与压电换能器（18）和压电换能驱动电源（21）连接，形成的CH4气体分析系统置于支架（12）的上方，计算机（1）放置恒温保护箱（2）上，与数据采集卡（17）连接；真空泵（10）和集气管/标尺（11）直接相连，集气管/标尺（11）通过软质导气管（23）与集气罩（28）上集气阀门（27）的相连，集气罩（28）上设置文氏管（24）和浮子（25），浮子（25）居于水位（13）中，摄像头（14）和温度探头（15）固定在集气管/标尺（11）上，硬质导气管（26）连接集气管/标尺（11）左右集气罩（28）上的两集气阀门（27）。...
【技术特征摘要】
1.一种用于青藏高原多年冻土区热融湖塘CH4气体观测系统，是由计算机（1）、恒温保护箱（2）、PVC保温材料（3）、2#函数发生器（4）、半导体激光控制器（5）、DFB型可调谐半导体激光器（6）、光纤隔离器（7）、光纤分束器（8）、光纤准直器（9）、1#腔镜（20）真空泵（10）、集气管/标尺（11）、支架（12）、摄像头（14）、温度探头（15）、波长计（16）、数据采集卡（17）、压电换能器（18）、光电探测器（19）、2#腔镜（20\）、压电换能驱动电源（21）、光学谐振腔（22）、软质导气管（23）、文氏管（24）、浮子（25）、硬质导气管（26）、集气阀门（27）、集气罩（28）构成，恒温保护箱（2）内壁置有PVC保温材料（3）,恒温保护箱（2）内，1#函数发生器（4）、半导体激光控制器（5）、DFB型可调谐半导体激光器（6）、光纤隔离器（7）、光纤分束器（8）、光纤准直器（9...
【专利技术属性】
技术研发人员：贠汉伯，吴青柏，郭东晖，林战举，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃;62
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