專利名稱：確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生態(tài)環(huán)境保護領(lǐng)域，涉及一種確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱。
背景技術(shù)：
地球氣候變暖是當(dāng)前全球關(guān)注的研究熱點問題之一，人類活動導(dǎo)致的C02、N2O等溫室氣體排放量逐年增加，河流、海洋以及污水生物處理過程已成為大氣中溫室氣體的一個重要來源。氣體通量是指單位時間、單位面積上相應(yīng)氣體的變化量，正值表示氣體從土壤或水體中向大氣排放，負值表示土壤或水體吸收消耗大氣中的相應(yīng)氣體。與陸地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體釋放的測定方法相比，水體溫室氣體的測定方法存在很多差異。從測量原理來說，針對水體溫室氣體排放研究的方法主要分為4類(1)通過測量水中溶解氣體濃度計算溫室氣體排放通量；(2)通過測量水表面上方溫室氣體的累積濃度來計算溫室氣體排放通量；(3)通過測量穿過水-氣界面的溫室氣體來計算溫室氣體排放通量；(4)根據(jù)負荷、流量、溫度和風(fēng)速等模型模擬估算溫室氣體排放通量。目前應(yīng)用最廣、最為成熟的是通過測量水-氣界面的溫室氣體來計算溫室氣體排放通量，即通量箱法(浮箱法)，通量箱法可分為靜態(tài)與動態(tài)通量箱兩種。其中靜態(tài)箱法操作相對簡單、成本較低，對被測區(qū)域沒有太多限制。但其應(yīng)用局限于點的監(jiān)測，在進行大范圍、全區(qū)域的溫室氣體排放計算時，需要作一些條件假定，如測量值在外推到整個區(qū)域時，通常需假定該區(qū)域水體具有理化及生物地球特征的同一性等。影響浮箱法測量精度的因素其主要表現(xiàn)為5個方面1.目前的浮箱多是直接將箱體浮于水體表面，但是由于水面的波動，箱內(nèi)頂部氣體體積不斷變化；2.隨著氣體在箱內(nèi)聚集，必然導(dǎo)致箱內(nèi)壓力增加，從而降低氣體釋放速率；3.目前浮箱多為浮筒形，深徑比較大，浮箱內(nèi)以及抽取氣體的導(dǎo)管內(nèi)氣體難以完全混合均勻；4.浮箱放在水面時對水體表面的擾動影響。由于風(fēng)力、降雨等因素的影響，箱體內(nèi)外水體動力學(xué)差別較大；5.目前的浮箱由薄金屬片做成，由于金屬片的良好導(dǎo)熱、吸熱性，圓桶在水面長時間放置，在陽光的照射下，箱內(nèi)外會形成溫差而導(dǎo)致水-氣界面的氣體交換與自然狀況下產(chǎn)生一定的差異。另外，浮箱法測量通常需要在無雨期進行，因此對測量區(qū)域的全時段溫室氣體排放評估帶來很大的局限性。與自動儀表相連的浮箱可以在一定程度上避免人為操作帶來的誤差，但是仍然可能存在上述4個方面因素帶來的測量誤差。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有靜態(tài)箱技術(shù)的不足，提供一種確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱。為達到以上目的，本實用新型的解決方案是[0011]一種確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其包括箱體，其包括柱體和半球體頂蓋，半球體頂蓋固定于柱體上部，柱體底部為未封閉的敞口結(jié)構(gòu)；第一溫度探頭，設(shè)置于半球體頂蓋壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的溫度測定儀相連；第二溫度探頭，設(shè)置于柱體壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的溫度測定儀相連；液位計探頭，設(shè)置于柱體壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的液位測定儀相連；氣體平衡袋，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上，其出口與軟管相連并伸出箱體外；氣體采樣嘴，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上，其與箱體外部的氣體采樣裝置相連；液體采樣嘴，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上并深入液面下5cm，其與箱體外部的液體采樣裝置相連；支架，設(shè)置于箱體內(nèi)，位于半球體頂蓋和柱體的連接處；圈狀氣囊，設(shè)置于支架對應(yīng)位置的箱體外部； 箱體連接固定裝置，設(shè)置于支架對應(yīng)位置的箱體外部。進一步，所述半球體頂蓋的頂部中心設(shè)有微型風(fēng)扇。所述軟管直徑為8mm，且固定于箱體外壁上，纏繞箱體外壁2周以上。所述氣體采樣嘴與第一溫度探頭位于同一水平位置。所述圈狀氣囊設(shè)置有氣嘴。所述箱體連接固定裝置為連接環(huán)。所述氣體平衡袋選用薄膜塑料制作，其體積大于測定時間內(nèi)測定面積釋放氣體體積。所述半球型頂蓋采用有機玻璃材質(zhì)制作。由于采用了以上技術(shù)方案，本實用新型具有以下有益效果1.本實用新型由于選擇了球形箱體，頂部設(shè)置微型風(fēng)扇，取樣時打開風(fēng)扇，等待時關(guān)閉風(fēng)扇，從而可以保證箱體內(nèi)部氣體混合均勻，提高采樣的可靠性。2.本實用新型由于在箱體內(nèi)部設(shè)置輕質(zhì)氣體平衡袋，開始采樣前充入一定體積氣體，從而保證采樣過程中箱體內(nèi)部與大氣等壓。而氣體平衡袋向外伸出一定長度的軟管則可以避免外部風(fēng)速產(chǎn)生的負壓抽吸作用。3.本實用新型由于采用溫度測定儀和液位測定儀包括存儲單元，因此可以通過存儲單元將每一時刻對應(yīng)的溫度、氣箱內(nèi)的水深信息等實時記錄，從而為結(jié)果計算提供便利。4.本實用新型由于氣囊上設(shè)置有氣嘴，因此非使用狀態(tài)時可以將氣囊中的氣體排出，減少體積，收取和攜帶方便。5.本實用新型采用定量長度的氣體采樣管，每次采樣前將采樣管內(nèi)的氣體排出， 而后清洗三次后取樣，保證氣體混合均勻和樣品的代表性。6.本實用新型安裝水溫和氣溫同步測定探頭，對于研究溫度差異對于溫室氣體釋放的影響具有重要價值。7.本實用新型底部設(shè)置高度為IOcm的柱體，避免水面劇烈波動時外界空氣對箱內(nèi)氣體的干擾。8.本實用新型采用有機玻璃材質(zhì)制成，保證箱體內(nèi)部溫度與外界一致。
圖1為本實用新型便攜式靜態(tài)箱的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖所示對本實用新型作進一步的說明。如圖1所示，本實用新型便攜式靜態(tài)箱的箱體包括半球體頂蓋11和柱體18，半球體頂蓋11固定于柱體18上部，柱體18的底部為未封閉的敞口結(jié)構(gòu)。半球體頂蓋11壁面上設(shè)有第一溫度探頭3，柱體18壁面上設(shè)有第一溫度探頭3’和液位計探頭9，第一溫度探頭3、第二溫度探頭3’分別通過導(dǎo)線與外部的溫度測定儀2相連，從而溫度測定儀2可以同時測定空氣和水體的溫度；液位計探頭9通過導(dǎo)線與外部的液位測定儀1連接，從而液位測定儀1實時記錄水體的液位。半球體頂蓋11的頂部中心還設(shè)有微型風(fēng)扇8，可通過充電電源控制微型風(fēng)扇8的開停；取樣時打開微型風(fēng)扇8，等待時關(guān)閉微型風(fēng)扇8，從而可以保證箱體內(nèi)部氣體混合均勻，提高采樣的可靠性。半球體頂蓋11的側(cè)壁還設(shè)有氣體平衡袋7、氣體采樣嘴13和液體采樣嘴14，氣體平衡袋7的出口與軟管6相連并伸出箱體外，且軟管6 纏繞箱體外側(cè)2周以上。氣體采樣嘴13與第一溫度探頭3位于同一水平位置，且與外部的氣體采樣器15相連，液體采樣嘴14與外部的液體采樣器16相連。箱體內(nèi)設(shè)有支架12，一般位于半球體頂蓋11和柱體18的連接處，防止氣體平衡袋7落水沾濕；同時在支架12對應(yīng)位置的箱體外設(shè)有圈狀氣囊10和連接環(huán)4，圈狀氣囊10也可以設(shè)置于箱體外部相對支架12偏下的位置，具體可視水面波動情況確定，圈狀氣囊10設(shè)置有氣嘴，使用時，可現(xiàn)場充氣，不使用時，將圈狀氣囊10中的氣體可通過氣嘴排出，從而方便攜帶。采用有機玻璃材質(zhì)制作半球形頂蓋11，保證箱內(nèi)氣體混合均勻，避免“死角”。氣體平衡袋7選用薄膜塑料材質(zhì)制作，其體積大于測定時間內(nèi)測定面積釋放氣體體積。氣體平衡袋7伸出的軟管6的直徑為8mm左右，固定在箱體外部箱壁上，纏繞箱體外側(cè)2周以上。上述結(jié)構(gòu)可保證采樣過程中箱體內(nèi)外氣壓平衡，但是由于氣袋體積的變化，必然導(dǎo)致箱內(nèi)氣體體積的變化?？紤]到靜態(tài)箱對水體氣體釋放的影響，采用如下公式計算溫室氣體通量
Γπ「V(^1 - K) X UHii =廣 x Ci χ [K0 —— ——^-]( 1 )
ηκ = ητ(2)
口K P Τ, dm(3)F = IT0TTt式中F為氣體在水體-大氣之間的通量(mg/m2 · h) ； P為對應(yīng)氣體密度；A為箱體底面積(m2) ；i = 1,2,3……n，為采樣次數(shù)叫為第i次采樣時箱內(nèi)相應(yīng)氣體質(zhì)量(mg)； Ci為第i次取樣時箱內(nèi)相應(yīng)氣體體積濃度(ν/ν) ；Vtl為根據(jù)水深計算出的箱體內(nèi)部體積(半球形體積與水面上部的柱體體積之和)(L) -,N1為采樣前平衡氣袋內(nèi)空氣體積(L) ;V2為采樣結(jié)束時平衡氣袋內(nèi)空氣體積(L) ；η為總采樣次數(shù)；K為調(diào)節(jié)系數(shù)諷為采樣開始時水體溶解態(tài)氣體濃度(mg/L) ;Dn為采樣結(jié)束時水體溶解態(tài)氣體濃度(mg/L) ；Ttl為標(biāo)準(zhǔn)溫度(K) ；T為測定溫度⑷；P為τ對應(yīng)的大氣壓(Pa) ；Ptl為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(Pa) ；dm/dt為氣體質(zhì)量濃度變化斜率；t為采樣時間(min)。利用本實用新型裝置對水體-大氣界面間氣體通量采樣分析包括以下步驟1)將便攜式靜態(tài)箱的圈狀氣囊10充滿氣體，連接環(huán)4向上連接釣繩，向下連接固定裝置5 ；2)根據(jù)水體理化性質(zhì)分布選定觀測點，通過軟管6給箱內(nèi)的氣體平衡袋7補充體積為V1的空氣，保持軟管6通暢狀態(tài)，將固定裝置5投擲到待檢測水面下方，通過釣繩固定箱體，防止因風(fēng)力和水力波動箱體的顛簸，同時保證液面低于柱體18的上沿，即使得支架 12高于水面，從而支架12可確保氣體平衡袋7避免沾水失去緩沖作用，方便液位檢測；3)待箱體穩(wěn)定后，開始從箱內(nèi)進行取樣，氣樣和水樣通過氣體采樣嘴13和液體采樣嘴14輸送給氣體采樣器15和液體采樣器16。記錄此時的氣體濃度為C1,液體中溶解態(tài)氣體濃度為Dp此后每隔一定時間取樣一次，同時記錄實時的液位和溫度。4)至取樣結(jié)束，記錄此時平衡氣袋體積V2和液體中溶解態(tài)氣體濃度為Dn。5)將上述氣體濃度、時間、溶解態(tài)氣體濃度、水深(計算容積)、氣體平衡袋內(nèi)體積變化等帶入公式(1)-03)計算水體-大氣之間氣體通量。在采氣測定過程中，當(dāng)封閉箱內(nèi)由于水體排放的氣體導(dǎo)致箱內(nèi)氣體大于箱外大氣壓時，氣體平衡袋7擠壓縮小，通過軟管6 排出一定量袋內(nèi)空氣。而在采樣時導(dǎo)致箱內(nèi)氣體壓力降低時，箱外的空氣則可以通過軟管 6進入箱內(nèi)的氣體平衡袋7內(nèi)，使箱內(nèi)外氣壓保持一致，從而可以避免水體釋放氣體的速率變化。本實用新型適用于以水稻田、濕地、沼澤地、河流、湖面、海洋、污水處理單元等下墊面(下墊面是指與大氣直接接觸的地球表面)的水體-大氣界面直接氣體通量檢測采樣分析。上述的對實施例的描述是為了便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本實用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本實用新型不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的揭示，不脫離本實用新型的范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于箱體，其包括柱體和半球體頂蓋，半球體頂蓋固定于柱體上部，柱體底部為未封閉的敞口結(jié)構(gòu)；第一溫度探頭，設(shè)置于半球體頂蓋壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的溫度測定儀相連；第二溫度探頭，設(shè)置于柱體壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的溫度測定儀相連； 液位計探頭，設(shè)置于柱體壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的液位測定儀相連； 氣體平衡袋，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上，其出口與軟管相連并伸出箱體外； 氣體采樣嘴，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上，其與箱體外部的氣體采樣裝置相連； 液體采樣嘴，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上并深入液面下5cm，其與箱體外部的液體采樣裝置相連；支架，設(shè)置于箱體內(nèi)，位于半球體頂蓋和柱體的連接處； 圈狀氣囊，設(shè)置于支架對應(yīng)位置的箱體外部； 箱體連接固定裝置，設(shè)置于支架對應(yīng)位置的箱體外部。
2.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述半球體頂蓋的頂部中心設(shè)有微型風(fēng)扇。
3.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述軟管直徑為8mm，且固定于箱體外壁上，纏繞箱體外壁2周以上。
4.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述氣體采樣嘴與第一溫度探頭位于同一水平位置。
5.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述圈狀氣囊設(shè)置有氣嘴。
6.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述箱體連接固定裝置為連接環(huán)。
7.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述氣體平衡袋選用薄膜塑料制作，其體積大于測定時間內(nèi)測定面積釋放氣體體積。
8.如權(quán)利要求1所述的確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其特征在于所述半球型頂蓋采用有機玻璃材質(zhì)制作。
專利摘要本實用新型公開了一種確定水體溫室氣體排放通量的便攜式靜態(tài)箱，其包括箱體，包括柱體和半球體頂蓋，半球體頂蓋固定于柱體上部，柱體底部為未封閉的敞口結(jié)構(gòu)；第一溫度探頭，設(shè)置于半球體頂蓋壁面上，并通過導(dǎo)線與箱體外部的溫度測定儀相連；第二溫度探頭和液位計探頭，設(shè)置于柱體壁面上，并通過導(dǎo)線分別與箱體外部的溫度測定儀和液位測定儀相連；氣體平衡袋、氣體采樣嘴和液體采樣嘴，設(shè)置于半球體頂蓋側(cè)壁上，氣體平衡袋出口與軟管相連伸出箱體外并纏繞箱體外壁2周以上；支架，設(shè)置于箱體內(nèi)，位于半球體頂蓋和柱體的連接處；箱體外還設(shè)有圈狀氣囊和連接固定裝置。本實用新型穩(wěn)定性好、可靠性高，且具有廣泛的應(yīng)用范圍。
文檔編號G01N1/22GK202267677SQ20112039874
公開日2012年6月6日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者劉山虎, 潘芳, 王亞宜, 王鴻 申請人:同濟大學(xué)