文章來(lái)源：Picarro Blog
在Picarro公司，我們樂(lè )于聽(tīng)到研究小組如何將我們的系統運用到他們的項目中。來(lái)自圣彼德堡北極與南極研究所(AARI)的安娜·科薩切克(Anna Kozachek)撰寫(xiě)了一篇短文，其中講述了她的團隊如何在南極環(huán)航探險 (ACE) 項目中使用Picarro L2130-i和L2120-i的詳情。
南極環(huán)航探險(ACE)由萌?；饡?huì )(ACE Foundation)、瑞士極地研究所(SPI)和俄羅斯圣彼得堡的北極與南極研究所(AARI)共同組織發(fā)起。
探險隊一起登上俄羅斯特列什尼科夫院士(Akademik Tryoshnikov)號考察船。
探險隊此行的主要目的是環(huán)航南極洲，沿著(zhù)環(huán)航路線(xiàn)進(jìn)行海洋觀(guān)測和氣象觀(guān)測，同時(shí)對亞南極洲和南極諸島進(jìn)行陸地觀(guān)測。探險隊從開(kāi)普敦(Cape Town)出發(fā)，將于92天后返航。
詳細路線(xiàn)圖
此次探險活動(dòng)承載著(zhù)來(lái)自七個(gè)不同國家和地區的55名科學(xué)家著(zhù)手進(jìn)行的22個(gè)項目。這個(gè)名為“亞南極島嶼生態(tài)系統的演變及其現狀”的 AARI 項目涉及了若干項研究課題，包括湖泊沉積物取樣、島上土壤取樣、過(guò)去海平面變化的地貌觀(guān)測、大氣中懸浮微粒的測量和大氣水蒸汽的同位素組成。
我們的實(shí)驗室，即AARI的氣候與環(huán)境研究實(shí)驗室，此行的主要考察任務(wù)是研究冰芯數據中的古氣候。在過(guò)去幾個(gè)世紀，南極洲長(cháng)期缺少氣象站，人們記錄高頻氣候變化的唯一途徑就是測量南極洲不同位置處淺冰芯中的水穩定同位素組成。然而，水穩定同位素的記錄數據卻不能直接轉化為溫度等氣候參數。事實(shí)上，即使南極洲積雪的同位素組成（δ18O 或 δD）與降水的溫度緊密相關(guān)，也會(huì )受到南極洲不同地區沉積氣團的來(lái)源和運動(dòng)軌跡的強烈影響。因此，在氣團登陸之前，必須限定南極洲周?chē)Ｓ蛩畧F中水蒸汽的同位素組成。有了用來(lái)了解氣候系統的重要數據，人們在格陵蘭(Greenland)地區開(kāi)展了類(lèi)似的研究(Steen-Larsen et al.Clim.Past, 10, 377–392, 2014)。
為了對水蒸汽分析做相應補充，我們還計劃研究島嶼冰川上的積雪、粒雪和冰層同位素組成，還會(huì )研究冰川上的雪坑和淺冰芯。為了獲得有關(guān)同位素組成年際變化的信息，我們會(huì )根據每個(gè)島嶼上的雪積累率來(lái)選取采樣分辨率。
【測量設置】
為了測量水蒸汽同位素組成，我們采用了 Picarro 儀器和儀表。特列什尼科夫院士Akademik Tryoshnikov考察船會(huì )返航到德國不來(lái)梅哈芬市 (Bremerhaven)。我們從考察船在該市的起航點(diǎn)開(kāi)始測量，即包括大西洋斷面以及 ACE 項目之旅的相關(guān)內容。在從不來(lái)梅哈芬到霍巴特 (Hobart) 的途中，我們只使用了一臺儀器，即AARI 的Picarro L2120-i，外加由哥本哈根大學(xué)提供的、在Steen-Larsen et al., Atmos.Chem.Phys., 14, 7741–7756, 2014中所述的校準裝置。從霍巴特到開(kāi)普敦的第二站，我們還使用了我們的Picarro L2130-i和Picarro SDM。
安裝詳情
這使我們能夠善加利用考察船不同側面的兩個(gè)進(jìn)氣口，并避免因校準而產(chǎn)生的測量誤差；盡管如此，我們仍多次使用了來(lái)自自制校準設備產(chǎn)生的相同蒸氣同時(shí)對儀器進(jìn)行校準。
我們使用了位于考察船主甲板上的兩個(gè)進(jìn)氣口，即海平面以上約10米。這兩個(gè)進(jìn)氣口分別位于考察船的右舷和左舷。我們對進(jìn)氣口使用了直徑為?”的銅管。將銅管加熱至50°C以免內部蒸氣發(fā)生凝結。我們還使用了額外的泵來(lái)加快從外部向分析儀輸送空氣的速度。
【測量結果】
將所得數據與沿路線(xiàn)的天氣觀(guān)測資料（氣溫、相對濕度、風(fēng)速和風(fēng)向）以及氣團運動(dòng)軌跡數據一起進(jìn)行分析。在這里，我們可以得出初步結果。在大西洋上空，水蒸汽的同位素組成會(huì )隨氣候帶的變化而有所不同；而在南極海域上空，這個(gè)參數的變化幅度則在很大程度上取決于當地的氣象狀況。
我們總共獲得了約1000萬(wàn)個(gè)數據點(diǎn)。作為該數據集的一個(gè)示例，我們展示了沿著(zhù)從南極洲到彭塔阿雷納斯(Punta Arenas)的途中水蒸汽的同位素組成。
如圖所示，Picarro L2130-i 相比 L2120-i更加精確，而在比較氘過(guò)量(d-excess)圖時(shí)也更加明顯。此外，當大氣濕度遠低于儀器的靈敏度區間時(shí)，Picarro L2130-i的性能會(huì )優(yōu)于 L2120-i。
兩臺校準設備用來(lái)校準 Picarro 分析儀、Picarro SDM 和自制系統。在航行途中，我們發(fā)現這些設備各有利弊。首先，也是最重要的一點(diǎn)，Picarro SDM 較之自制設備具有更佳的用戶(hù)友好性。然而，軟件則禁止在大于 24000 ppm 的濕度水平下對儀器進(jìn)行校準，這一數值遠低于赤道處的濕度（編者注：我認為它實(shí)際上是 30,000 ppm，同時(shí)我承認你們的和其他的海洋船舶研究已經(jīng)將δ18O 或 δD繪制超過(guò) 40,000 ppm H2O– ig）。另一點(diǎn)是使用自制設備同時(shí)校準多臺儀器的可能性，而這則是使用 SDM 無(wú)法實(shí)現的。
最后，我們想提的是：在探險期間，所有的 Picarro 設備都能完美運行，以便我們能夠完成各種測量程序。
Picarro設備為我們提供了各種工具，這些工具支持我們?yōu)楸碚鳉夂螂S著(zhù)時(shí)間推移而發(fā)生變化所實(shí)施的實(shí)地研究和實(shí)驗室研究工作。冰芯數據在格陵蘭延續了近123,000年，而在南極洲則延續了800,000年。為了從這些豐富的記錄中開(kāi)發(fā)出更加完整的氣候模型，需要獲得從海洋觀(guān)測和陸地觀(guān)測資料中收集的水蒸汽和表層冰研究的額外數據。