通量指的是單位時(shí)間單位面積的物質(zhì)交換量，常用于衡量表征不同生態(tài)系統之間的物質(zhì)與能量交換強度，在生態(tài)學(xué)研究中已有廣泛的應用。城市生態(tài)系統作為最特殊的生態(tài)系統，具有人口密度高，污染物排放密度大的特征。研究城市生態(tài)系統污染物的物質(zhì)交換是十分重要的。通量觀(guān)測作為最直接物質(zhì)交換測量方法，對測量的高度和觀(guān)測位點(diǎn)的空間形態(tài)有著(zhù)較高的理論要求。城市下墊面復雜的建筑單元和湍流結構使得城市高塔成為合理的觀(guān)測位點(diǎn)，但城市高塔內有限的空間和供電條件難以承載原位測量。因此，城市高塔的異位觀(guān)測成為城市通量觀(guān)測的較優(yōu)解(圖1為暨南大學(xué)團隊基于北京氣象塔的異位觀(guān)測系統示意圖)。

圖1. 暨南大學(xué)團隊基于城市高塔的異位通量觀(guān)測系統示意圖

暨南大學(xué)袁斌教授與合作者在位于北京市中國科學(xué)院大氣物理研究所的北京氣象鐵塔（圖1），基于超長(cháng)采樣管路對氣態(tài)大氣組分(包括揮發(fā)性有機物，溫室氣體等)進(jìn)行基于高塔的通量觀(guān)測。該氣象塔高325米，位于北京市北三環(huán)路與北四環(huán)路之間，建成于1979年，主要為北京地區空氣污染和大氣邊界層、大氣湍流等研究提供觀(guān)測平臺，該氣象塔高度為世界三。周邊地勢相對平坦，建筑多為居民區和商業(yè)區，并有條帶狀分布的城市公園綠化帶。北京氣象塔成為研究城市物質(zhì)交換，溫室氣體和污染物形成及排放機制的佳測量位點(diǎn)。

圖2. 北京氣象鐵塔實(shí)拍圖片 (圖片來(lái)源：暨南大學(xué))

在該期觀(guān)測實(shí)驗中，暨南大學(xué)團隊將三維超聲風(fēng)速儀和PFA 采樣管路架設在北京氣象鐵塔102m平臺(圖2)?；诔L(cháng)PFA管路和位于地面的在線(xiàn)分析儀器，能夠有效測量獲取多類(lèi)組分濃度的高時(shí)間分辨率垂直觀(guān)測數據。經(jīng)過(guò)技術(shù)評估，超長(cháng)管路的對多類(lèi)組分的損耗較小(150m管路損耗小于5%)，可滿(mǎn)足和實(shí)現異位通量觀(guān)測和垂直梯度觀(guān)測的技術(shù)需求。成果得到了業(yè)內專(zhuān)家的認可，已作為內封面(Front inside cover)發(fā)表在Environmental Science: Atmospheres期刊¹。

圖3. 圖為三維超聲風(fēng)速儀和PFA 采樣管路在102m平臺架設的實(shí)物圖。

在通量觀(guān)測系統中，需要能夠捕捉和表征污染物微小波動(dòng)的污染物檢測器。這些檢測器需要達到超高的采樣頻率，通常需要達到與三維超聲風(fēng)速儀相同的采樣頻率(10Hz：采樣間隔為0.1s)。這對儀器的各項技術(shù)指標提出了高的要求。

北京澳作生態(tài)與暨南大學(xué)團隊袁斌教授合作，將最新引進(jìn)的Aerodyne雙激光痕量氣體分析儀（TILDAS）測量系統應用于高塔的通量觀(guān)測中。該套系統采用可調諧紅外激光直接吸收光譜技術(shù)，借助在中紅外波長(cháng)段目標分子指紋躍遷頻率光譜的穩定性，采用像散型多光程吸收池技術(shù)，將光路延長(cháng)達76m甚至更長(cháng)（210m），進(jìn)一步提高了靈敏度。該儀器不僅能夠對包括N₂O, NH₃, CO₂, CH₄, CH₃OH, O₃共六種大氣組分的濃度同時(shí)開(kāi)展10Hz的觀(guān)測，而且其數據采集模塊能夠穩妥的將采集到的高頻數據記錄下來(lái)，滿(mǎn)足高頻測試和高頻記錄的雙重需求，整套系統運行穩定可靠。

圖4. Aerodyne雙激光痕量氣體分析儀的實(shí)物圖(長(cháng)×寬×高為：70*56*62)。