在全球氣(qi)候變化(hua)治(zhi)理與(yu)“雙碳"目(mu)標(biao)推(tui)進的(de)雙(shuang)重(zhong)驅(qu)動(dong)下，溫(wen)室(shi)氣(qi)體檢(jian)測(ce)技(ji)術正從(cong)“跟隨模(mo)仿(fang)"向(xiang)“自主創(chuang)新(xin)"跨越。傳(chuan)統檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)要麽(me)依賴進(jin)口設(she)備導致成(cheng)本高(gao)企(qi)，要(yao)麽(me)因(yin)技(ji)術壁壘(lei)難以實現(xian)多(duo)組分(fen)及同(tong)位(wei)素(su)的(de)精(jing)準(zhun)測量(liang)。而國產(chan)自研(yan)的(de)基於(yu)光(guang)腔(qiang)衰(shuai)蕩(dang)光(guang)譜（CRDS）原(yuan)理的(de)高(gao)精(jing)度(du)溫(wen)室(shi)氣(qi)體檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)，通(tong)過“核心技(ji)術自主化(hua)、檢(jian)測(ce)能(neng)力多(duo)元(yuan)化(hua)、應用場(chang)景本土化(hua)"的(de)創(chuang)新(xin)路徑，實現(xian)了(le)對二(er)氧化(hua)碳（CO₂）、甲(jia)烷（CH₄）、水(shui)汽(qi)（H₂O）及(ji)同(tong)位(wei)素(su)的(de)高(gao)精(jing)度(du)測量(liang)，為(wei)我(wo)國溫(wen)室(shi)氣(qi)體監(jian)測提(ti)供了(le)壹(yi)套自主可控(kong)的(de)系(xi)統性解決(jue)方(fang)案(an)。
CRDS技(ji)術作為(wei)當(dang)前(qian)高靈敏(min)的(de)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，其核(he)心原(yuan)理是(shi)通(tong)過“光(guang)腔(qiang)共振(zhen)放(fang)大(da)吸收(shou)信(xin)號"實現(xian)痕量氣(qi)體的(de)精(jing)準(zhun)計(ji)量(liang)。但將這(zhe)壹原(yuan)理轉(zhuan)化(hua)為(wei)穩定(ding)可靠的(de)國(guo)產(chan)化(hua)檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)，需要(yao)突破(po)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)、算(suan)法(fa)優(you)化(hua)、工(gong)程(cheng)化(hua)集(ji)成(cheng)等多(duo)重(zhong)技(ji)術壁壘(lei)——這(zhe)正是(shi)國產(chan)自研(yan)方(fang)案(an)的(de)創(chuang)新(xin)起點。
在光(guang)學(xue)系(xi)統設(she)計(ji)上，方(fang)案(an)采用自主研發的(de)窄(zhai)線寬(kuan)分(fen)布(bu)反饋(kui)激(ji)光(guang)器（DFB激(ji)光(guang)器），針對CO₂（4.26μm）、CH₄（3.31μm）、H₂O（1.39μm）的(de)特(te)征吸收(shou)波(bo)長進行精準(zhun)調諧(xie)，確(que)保(bao)激(ji)光(guang)與(yu)目(mu)標(biao)氣(qi)體分(fen)子的(de)“靶(ba)向(xiang)作(zuo)用"。同(tong)時，諧振(zhen)腔(qiang)采用國(guo)產(chan)超(chao)高反射(she)率(lv)鏡片（反射(she)率(lv)達(da)99.99%），配合精密機(ji)械(xie)加工的(de)腔(qiang)體結構，使激(ji)光(guang)在腔內反射(she)次數(shu)突破(po)10萬(wan)次(ci)，等(deng)效光(guang)程(cheng)延長至(zhi)百公(gong)裏(li)級(ji)——這(zhe)意味著(zhe)即使氣(qi)體濃度(du)極低，其吸收(shou)信(xin)號也(ye)能(neng)被顯著(zhu)放(fang)大(da)，為(wei)多(duo)組分(fen)同(tong)時測量(liang)奠(dian)定(ding)基礎(chu)。
與(yu)傳統方(fang)案(an)不(bu)同(tong)，該(gai)方(fang)案(an)創(chuang)新(xin)性地將“衰(shuai)蕩(dang)時間(jian)反演算(suan)法(fa)"進行本土化(hua)優(you)化(hua)。基於(yu)比(bi)爾-朗(lang)伯(bo)定(ding)律(lv)，團(tuan)隊自主開(kai)發了(le)“溫(wen)度(du)-壓力雙參數動(dong)態校正模(mo)型"，通(tong)過實時補(bu)償環(huan)境(jing)因(yin)素(su)對光(guang)腔(qiang)的(de)影(ying)響(xiang)，使濃度(du)計(ji)算(suan)誤差控(kong)制在0.5%以內。例如(ru)，在高溫(wen)高(gao)濕的(de)海(hai)洋(yang)環(huan)境(jing)中(zhong)，水(shui)汽(qi)易(yi)導致腔(qiang)體折射(she)率(lv)變化(hua)，算(suan)法(fa)可通(tong)過H₂O濃度(du)實時修正CO₂、CH₄的(de)測(ce)量(liang)結果(guo)，避(bi)免(mian)傳統方(fang)案(an)中(zhong)“水(shui)汽(qi)幹(gan)擾(rao)"導致的(de)數(shu)據(ju)偏(pian)差(cha)。
國產(chan)自研(yan)方(fang)案(an)的(de)核(he)心競爭力，在於突(tu)破了(le)傳(chuan)統檢(jian)測(ce)“只能(neng)測濃度(du)、難以(yi)辨來(lai)源(yuan)"的(de)局限(xian)，通(tong)過技(ji)術創(chuang)新(xin)實現(xian)了(le)從(cong)“氣(qi)體濃度(du)測量(liang)"向(xiang)“同(tong)位(wei)素(su)溯源(yuan)分(fen)析"的(de)能(neng)力拓展(zhan)，形成覆(fu)蓋(gai)“基礎(chu)濃度(du)-同(tong)位(wei)素(su)比值-源(yuan)解析"的(de)全鏈條檢(jian)測(ce)能(neng)力。
在多(duo)組分(fen)同(tong)步(bu)測量(liang)上，方(fang)案(an)采用“多(duo)波(bo)長(chang)激(ji)光(guang)分(fen)時切(qie)換(huan)"技(ji)術，通(tong)過同(tong)壹(yi)光(guang)腔(qiang)實現(xian)CO₂、CH₄、H₂O的(de)同(tong)時檢(jian)測(ce)。傳統方(fang)案(an)需多(duo)套獨立光(guang)學(xue)系(xi)統分(fen)別測(ce)量(liang)不(bu)同(tong)氣(qi)體，不(bu)僅(jin)體積(ji)龐大，還存在數據(ju)不(bu)同(tong)步(bu)問(wen)題(ti)；而該(gai)方(fang)案(an)通(tong)過優(you)化(hua)激(ji)光(guang)切(qie)換(huan)頻(pin)率(lv)（響應時間(jian)＜1秒），在壹臺(tai)設(she)備中(zhong)實現(xian)三(san)種(zhong)氣(qi)體的(de)實時並(bing)行監(jian)測，且交(jiao)叉(cha)幹擾(rao)率(lv)低於(yu)0.1%——這(zhe)壹創(chuang)新(xin)使其能(neng)精準(zhun)捕(bu)捉(zhuo)生(sheng)態系(xi)統中(zhong)“CO₂吸收(shou)與(yu)CH₄排放(fang)的(de)耦(ou)合關系(xi)"，例如(ru)濕地(di)生(sheng)態系(xi)統中(zhong)碳循(xun)環的(de)動(dong)態平衡。
更具(ju)突破(po)性(xing)的(de)是(shi)同(tong)位(wei)素(su)測量能(neng)力的(de)實現(xian)。碳同(tong)位(wei)素(su)（如(ru)CO₂中(zhong)的(de)¹³C/¹²C、CH₄中(zhong)的(de)¹³C/¹²H）是(shi)區分(fen)碳排放(fang)來(lai)源(yuan)的(de)“化(hua)學(xue)指(zhi)紋"——化(hua)石(shi)燃(ran)料燃(ran)燒排放(fang)的(de)CO₂富(fu)含¹²C，而植物光(guang)合作用吸收(shou)的(de)CO₂則(ze)相(xiang)對富(fu)集(ji)¹³C。方(fang)案(an)通(tong)過自主研發的(de)“同(tong)位(wei)素(su)分(fen)餾(liu)效應校正(zheng)算(suan)法(fa)"，結合高分(fen)辨率(lv)光(guang)譜探測技(ji)術，實現(xian)對¹³CO₂/¹²CO₂、¹³CH₄/¹²CH₄比值(zhi)的(de)精(jing)準(zhun)測量(liang)，相對標準(zhun)偏差(cha)（RSD）優(you)於0.1‰。這(zhe)壹能(neng)力打破了(le)進(jin)口(kou)設(she)備在同(tong)位(wei)素(su)檢(jian)測(ce)領域的(de)壟(long)斷，使我國在碳排放(fang)源(yuan)解析（如(ru)區分(fen)工業排放(fang)與(yu)生(sheng)物排(pai)放(fang)）中(zhong)擁(yong)有(you)了(le)自主數據(ju)依據(ju)。
壹套成熟的(de)檢(jian)測(ce)方(fang)案(an)，不(bu)僅(jin)需要(yao)先(xian)進(jin)的(de)原(yuan)理，更需(xu)具(ju)備適(shi)應復雜本土場(chang)景的(de)工(gong)程(cheng)化(hua)能(neng)力。國產(chan)自研(yan)方(fang)案(an)針對我國(guo)幅員(yuan)遼(liao)闊(kuo)、環境(jing)多(duo)樣(yang)的(de)特(te)點(dian)，在設(she)備穩定(ding)性、操(cao)作便(bian)捷(jie)性(xing)上進(jin)行了(le)針對性創(chuang)新(xin)，使其能(neng)在大氣(qi)本底(di)站、海(hai)洋科考船(chuan)、高(gao)原(yuan)濕(shi)地等多(duo)樣(yang)化(hua)場(chang)景中(zhong)穩定(ding)運行。
在硬件(jian)可靠性(xing)上，方(fang)案(an)采用“光(guang)機(ji)電壹(yi)體化(hua)"集(ji)成(cheng)設(she)計(ji)：腔(qiang)體部分(fen)通(tong)過真空(kong)隔熱(re)層(ceng)與(yu)外部(bu)環境(jing)隔(ge)離(li)，配合半導體制冷/加熱(re)模(mo)塊，將(jiang)工(gong)作溫(wen)度(du)穩定(ding)在±0.01℃；氣(qi)路(lu)系(xi)統搭載自主研發的(de)“防冷凝(ning)幹(gan)燥(zao)模(mo)塊"，可在-40℃至(zhi)60℃的(de)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)下避(bi)免(mian)水(shui)汽(qi)凝(ning)結。這(zhe)些設(she)計(ji)使其在青(qing)藏(zang)高(gao)原(yuan)凍(dong)土區(qu)（惡(e)劣(lie)低溫(wen)）、南(nan)海科(ke)考（高(gao)濕(shi)度(du)、高鹽霧）等場(chang)景中(zhong)，仍能(neng)保(bao)持(chi)長(chang)期運行穩定(ding)性（連續(xu)30天(tian)漂移＜0.2%）。
在操(cao)作便(bian)捷(jie)性(xing)上，方(fang)案(an)融(rong)入(ru)“智能(neng)化(hua)運(yun)維(wei)"理念(nian)：圖形化(hua)操(cao)作界(jie)面支持(chi)壹(yi)鍵(jian)啟(qi)動(dong)檢(jian)測(ce)流程，內置的(de)“自診(zhen)斷(duan)系(xi)統"可實時監(jian)測激(ji)光(guang)功(gong)率(lv)、腔體壓力等關鍵(jian)參數(shu)，出(chu)現(xian)異常(chang)時自動(dong)報警(jing)並(bing)提(ti)示(shi)維護方(fang)案(an)。相比(bi)進口(kou)設(she)備需要(yao)專業工程師定(ding)期校(xiao)準(zhun)，該方(fang)案(an)的(de)“光(guang)路(lu)固(gu)化(hua)設(she)計(ji)"實現(xian)了(le)“安裝後(hou)無需(xu)調(tiao)節(jie)"，運維成(cheng)本降低60%以(yi)上，更(geng)適(shi)合我國基層(ceng)監(jian)測站(zhan)的(de)實際(ji)需(xu)求。
國產(chan)自研(yan)方(fang)案(an)的(de)創(chuang)新(xin)路徑，最(zui)終落腳於解決(jue)實際(ji)應用中(zhong)的(de)痛點問(wen)題(ti)。目(mu)前(qian)，該方(fang)案(an)已在大氣(qi)本底(di)監(jian)測、海(hai)洋碳匯研究、生(sheng)態保(bao)護(hu)等領域展(zhan)現(xian)出價(jia)值，推(tui)動(dong)我國溫(wen)室(shi)氣(qi)體檢(jian)測(ce)從(cong)“數(shu)據(ju)依賴進(jin)口"向(xiang)“自主產(chan)生(sheng)標準(zhun)數據(ju)"轉(zhuan)變。
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