文章來源：Picarro Blog

在Picarro公司，我們樂于聽到研究小組如何將我們的系統(tǒng)運用到他們的項目中。來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�；�金會(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。
 

探險隊此行的主要目的是環(huán)航南極洲，沿著環(huán)航路線進行海洋觀測和氣象觀測，同時對亞南極洲和南極諸島進行陸地觀測。探險隊從開普敦(Cape Town)出發(fā)，將于92天后返航。
 

此次探險活動承載著來自七個不同國家和地區(qū)的55名科學家著手進行的22個項目。這個名為“亞南極島嶼生態(tài)系統(tǒng)的演變及其現(xiàn)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、過去海平面變化的地貌觀測、大氣中懸浮微粒的測量和大氣水蒸汽的同位素組成。
 

我們的實驗室，即AARI的氣候與環(huán)境研究實驗室，此行的主要考察任務是研究冰芯數(shù)據(jù)中的古氣候。在過去幾個世紀，南極洲長期缺少氣象站，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(wěn)定同位素組成。然而，水穩(wěn)定同位素的記錄數(shù)據(jù)卻不能直接轉(zhuǎn)化為溫度等氣候參數(shù)。事實上，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)，也會受到南極洲不同地區(qū)沉積氣團的來源和運動軌跡的強烈影響。因此，在氣團登陸之前，必須限定南極洲周圍海域水團中水蒸汽的同位素組成。有了用來了解氣候系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)，人們在格陵蘭(Greenland)地區(qū)開展了類似的研究(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，我們會根據(jù)每個島嶼上的雪積累率來選取采樣分辨率。
 

【測量設(shè)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考察船會返航到德國不來梅哈芬市 (Bremerhaven)。我們從考察船在該市的起航點開始測量，即包括大西洋斷面以及 ACE 項目之旅的相關(guān)內(nèi)容。在從不來梅哈芬到霍巴特 (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。從霍巴特到開普敦的第二站，我們還使用了我們的 Picarro L2130-i和 Picarro SDM。

這使我們能夠善加利用考察船不同側(cè)面的兩個進氣口，并避免因校準而產(chǎn)生的測量誤差；盡管如此，我們?nèi)远啻问褂昧藖碜宰灾菩�準設(shè)備產(chǎn)生的相同蒸氣同時對儀器進行校準。

我們使用了位于考察船主甲板上的兩個進氣口，即海平面以上約10米。這兩個進氣口分別位于考察船的右舷和左舷。我們對進氣口使用了直徑為¼”的銅管。將銅管加熱至50°C以免內(nèi)部蒸氣發(fā)生凝結(jié)。我們還使用了額外的泵來加快從外部向分析儀輸送空氣的速度。
 

【測量結(jié)果】

將所得數(shù)據(jù)與沿路線的天氣觀測資料（氣溫、相對濕度、風速和風向）以及氣團運動軌跡數(shù)據(jù)一起進行分析。在這里，我們可以得出初步結(jié)果。在大西洋上空，水蒸汽的同位素組成會隨氣候帶的變化而有所不同；而在南極海域上空，這個參數(shù)的變化幅度則在很大程度上取決于當?shù)氐臍庀鬆顩r。

我們總共獲得了約1000萬個數(shù)據(jù)點。作為該數(shù)據(jù)集的一個示例，我們展示了沿著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，而在比較氘過量(d-excess)圖時也更加明顯。此外，當大氣濕度遠低于儀器的靈敏度區(qū)間時，Picarro L2130-i的性能會優(yōu)于 L2120-i。
 

兩臺校準設(shè)備用來校準 Picarro 分析儀、Picarro SDM 和自制系統(tǒng)。在航行途中，我們發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備各有利弊。首先，也是最重要的一點，Picarro SDM 較之自制設(shè)備具有更佳的用戶友好性。然而，軟件則禁止在大于 24000 ppm 的濕度水平下對儀器進行校準，這一數(shù)值遠低于赤道處的濕度（編者注：我認為它實際上是 30,000 ppm，同時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 40,000 ppm H₂O – ig）。另一點是使用自制設(shè)備同時校準多臺儀器的可能性，而這則是使用 SDM 無法實現(xiàn)的。
 

最后，我們想提的是：在探險期間，所有的 Picarro 設(shè)備都能完美運行，以便我們能夠完成各種測量程序。

Picarro設(shè)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著時間推移而發(fā)生變化所實施的實地研究和實驗室研究工作。冰芯數(shù)據(jù)在格陵蘭延續(xù)了近123,000年，而在南極洲則延續(xù)了800,000年。為了從這些豐富的記錄中開發(fā)出更加完整的氣候模型，需要獲得從海洋觀測和陸地觀測資料中收集的水蒸汽和表層冰研究的額外數(shù)據(jù)。