梯度风观测系统

荷兰应用科学院（TNO, the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research）和荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM, National Institute for Public Health and the Environment）的联合研究团队发表了一篇题为“ Field comparison of two novel open-path instruments that measure dry deposition and emission of ammonia using flux-gradient and eddy covariance methods "的研究论文，已发表于《Atmospheric Measurement Techniques》。实验项目：使用梯度法、涡动相关法和两种新型开路仪器的氨沉降测量项目地点：荷兰 Ruisdael 观测站合作伙伴：荷兰应用科学院和荷兰国家公共卫生与环境研究所的联合研究团队部署仪器：HT8700大气氨激光开路分析仪项目简介：氨的干燥沉积(NH3)是荷兰大气向土壤和植被的氮沉积的最大因素，导致富营养化和生物多样性的损失。然而，学术界对于氨通量测量的数据十分有限，而且通常最多只有月度分辨率。造成这种情况的一个重要原因是在干燥条件下测量氨通量非常困难。过去，没有一种技术可以被认为是氨通量测量的黄金标准，这使得新技术的测试和判断其质量变得复杂。 这项研究展示了两种新型测量装置的相互比较结果，旨在以半小时分辨率测量氨的干沉降。在为期五周的比较期内，研究人员在荷兰 Cabauw 的 Ruisdael 观测站并排运行了两种光学开路的通量观测技术：其一是使用梯度法通量技术新型 RIVM-miniDOAS 2.2D 仪器，其二是宁波海尔欣光电科技有限公司推出的使用涡度协方差技术的HT8700大气氨激光开路分析仪。HT8700大气氨激光开路分析仪部署于荷兰的观测站RIVM-miniDOAS 2.2D和HT8700大气氨激光开路分析仪均为开路式光学仪器，在测量过程中直接测量氨在大气中的含量。除此之外，它们在测量原理和从测量浓度得出沉积值的方法上存在很大差异。在迎风地形均匀又没有附近障碍物时，两种不同的技术显示出非常相似的结果（r = 0.87）。观察到的通量从约80 ng NH3 m-2 s-1 的沉降到约140 ng NH3 m-2 s-1 的排放不等。无论是在绝对通量值还是实时的通量和浓度变化，两种截然不同的技术中获得了相似的结果，这证实了两种仪器都能够在至少几周的连续时间内以高时间分辨率测量氨通量。不过这个相关性也会受到其他因素影响，例如当风向受到附近障碍物干扰时。HT8700与定制化RIVM-miniDOAS 2.2D 仪器所测量的氨通量变化显示高度的一致性此外，论文中还讨论了两个系统的技术性能（例如，正常运行时间、精度）和实际局限性。miniDOAS 系统的正常运行时间达到了 100%，但在这次活动中对两台仪器进行了定期校准（占7周正常运行时间的35%）。而HT8700在下雨期间和下雨后不久数据有效性较低，并且其早期产品使用的光学镜面涂层可能会退化，导致约21%的数据缺失（针对此问题的升级版光学镜面已经交付客户使用）。虽然HT8700在恶劣天气条件下的独立运行时间有限，在适当的情况下，该系统仍然可以提供良好的结果，为未来的升级迭代版本打开了良好的前景，将能适用于业务化的实时氨通量监控应用。这些仪器所提供的崭新的高时间分辨率数据将促进对氨干沉降过程的研究，从而更好地理解氨沉降过程，并更好地对化学传输模型进行参数化。HT8700大气氨激光开路分析仪产品升级自动清洁自动清洁系统使用清洗和喷气功能来清除下镜面的灰尘，免除常规的手动清理。并采用了一种全新的镜面涂层技术，增强耐腐蚀性，以保证实地的长期观测。降雨传感如遇降雨天气，系统收集的数据为无效数据。增设降雨识别芯片，通过传感装置实时反馈至系统。并将降雨期间收集的数据特殊标注，便于使用者筛选有效数据。镜片加热在野外工作过程中会遇到低温条件，普通镜片易积水雾，影响镜片反射效率。开发加热系统，增设加热组件，可将镜片温度提至高于环境温度。确保反射能力不受低温、冷凝、降雨影响，使仪器分析结果更精准、更可靠。HT8700搭载升级版光学镜面，进行全新一轮野外测试通过这次研究，我们可以看到，RIVM-miniDOAS 2.2D和HT8700大气氨激光开路分析仪在测量氨沉降方面具有很高的潜力和应用价值。尽管这两种仪器在测量原理和数据处理方法上存在差异，但在一定条件下，它们都能提供准确可靠的测量结果。此外，通过不断的技术升级和改进，HT8700大气氨激光开路分析仪的性能和稳定性得到了进一步提高，为未来的氨沉降测量提供了更好的工具和手段。总之，这项研究提供了有关氨沉降测量的新思路和新方法，为未来的环境保护和生态学研究提供了新的工具和手段。我们相信，随着技术的不断进步和研究的深入，我们将能够更好地了解氨沉降过程，为保护环境、维护生态平衡和促进可持续发展做出更大的贡献。

近日，从西藏自治区气象局获悉，经过近三年努力，“一站多用、一网多能”的青藏高原综合生态气象观测系统已初步建成。青藏生态屏障区是国家“两屏三带”生态格局中青藏高原生态屏障的空间载体，其生态脆弱、敏感。近年来，自治区气象局围绕“四个创建”“四个走在前列”，加强气候变化观测、预估、服务业务技术体制建设，强化基础观测网络、科研基地等平台建设，统筹谋划构建青藏高原大气科学研究基地，大力推进高原生态气象监测体系建设。经过近三年的努力，累计行程超过10万公里，于今年6月15日完成了6个生态站、12个冰冻圈站、19个智能自动站的建设，高原重点区综合生态气象观测系统初步建成。该系统填补了平均海拔近5000米的青藏高原羌塘自然保护区、高原多类型典型冰川、江河源头综合生态气象监测空白。据介绍，该系统采用国内先进探测技术和成熟设计方案，大量使用防冻电缆、高精度传感器等设备，几乎全部配备北斗传输系统，增设10米至50米不同高度的风塔，以及辐射、土壤水分、冻土、GNSS测量系统、通量、自动雪深探测、有效光合、涡动、温室气体（二氧化碳/甲烷）等观测设备，并在冰冻圈站首次增设径流量监测。今年还将在拉萨建立温室气体观测站，参与全国温室气体观测组网。该系统的建成，实现了常规气象观测与草原生态、通量梯度、冰川、冻土、积雪、径流量观测的有效融合，为开展青藏高原大气环境科学研究、天气气候形成机理研究提供了基础数据支撑，该系统的建成，为高原水汽通道、温室气体监测和森林生态保护、防沙治沙、水土涵养等以及实现“碳达峰、碳中和”目标提供更加精准的科学依据。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑炜团队提出一种基于激发光梯度编码的快速三维成像技术，可使双光子体成像速度比传统技术提升5至10倍。　　双光子显微镜具有亚微米级的成像分辨率和毫米级的成像深度，被广泛应用在神经结构和功能成像以及其他活体成像研究中。传统的双光子三维成像是将双光子激发的焦点在样品中进行逐层的二维扫描来实现的，这种三维成像方法不仅速度受限且增加了样品暴露在高能激光中的时间，对生物组织造成光损伤和光漂白，不利于活体组织的长时间成像。　　该研究提出的新型梯度光场双光子显微成像技术只需要进行两次二维扫描即可获得样品的三维信息，极大降低了激光对样品的损害。　　在生活中，可利用编码来确定位置。与此类似，梯度光场技术设计了一对轴向拉长并且强度梯度变化的焦点，利用这对焦点的强度变化来编码并解析出物体的位置：横向扫描第一个梯度焦点得到的图像中，位置较浅处的样品荧光强度强，位置较深处的样品荧光强度弱，第二个焦点对应的图像则正好相反。两幅图像的和反映了样品的真实三维荧光强度，图像的比值则反映了荧光的深度信息。该方法可一次分辨深度12微米内三维信息，荧光点轴向定位精度为0.63微米。梯度光场双光子显微镜非常适合活体细胞的三维成像，在观测巨噬细胞吞噬荧光小球的实验中，能够快速捕捉荧光小球在巨噬细胞内外的三维运动轨迹，并精确定量出巨噬细胞运载小球的速度。　　相关成果以Axial gradient excitation accelerates volumetric imaging of two-photon microscopy为题，发表在Photonics Research上。研究得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、重大研究计划以及广东省重点实验室等支持。 　　论文链接 （a）：梯度光场双光子显微成像原理、（b）：巨噬细胞吞噬小球过程、（c）：小球的运动轨迹、（d）：小球运动轨迹的量化与评估