萬師強(qiáng)老師團(tuán)隊在多倫恢復(fù)生態(tài)學(xué)試驗(yàn)示范研究站十三里灘基地搭建了開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

模擬未來CO2增強(qiáng)的微域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)

全球碳增強(qiáng)以及對全球升溫和人類生活的影響

  碳排放是溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中主要的氣體是二氧化碳，因此“碳排放”也可理解為“二氧化碳排放”。自18世紀(jì)以來，人類因燃燒化石燃料已經(jīng)向地球累計排放了超過1.5萬億噸二氧化碳，全球氣溫也隨之不斷升高。

全球變暖是一個不爭的事實(shí)(IPCC,2001)(2001)

碳排放造成的危害和影響

※碳的過度排放會導(dǎo)致溫室效應(yīng)，造成全球氣候變暖；

※增加極端惡劣天氣的頻率；

※導(dǎo)致南、北兩極冰雪融化，造成海平面逐年上升；

※碳的過度排放可能會危害人們的身體健康；

※會引起生態(tài)系統(tǒng)失衡、造成一些罕見自然災(zāi)害，如部分地區(qū)出現(xiàn)蟲災(zāi)，全球糧食生產(chǎn)可能會受到嚴(yán)重影響。

碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)的必要性

碳增強(qiáng)研究，對于排放出的二氧化碳在大氣中的留存量以及留存時間這些指標(biāo)深入研究，會幫助我們理解地球未來的氣候變化規(guī)律。在二氧化碳濃度上升的情況下，溫度上升，對植物生理生長方面發(fā)生的變化的了解，將有助于我們預(yù)測未來的環(huán)境變化、人類生產(chǎn)活動。

開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

開頂式（Open-top chamber）OTC碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，是模擬一個未來CO₂濃度增加的微域生態(tài)環(huán)境而進(jìn)行的CO₂增強(qiáng)的模擬試驗(yàn)。系統(tǒng)內(nèi)部通風(fēng)、光照、溫度、濕度等條件十分接近自然生態(tài)環(huán)境，從而獲得的數(shù)據(jù)更接近于真實(shí)情況，另外實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計也可以進(jìn)行定制化設(shè)計和服務(wù)。

開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成介紹

碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由CO₂氣體供應(yīng)裝置和控制系統(tǒng)組成,其中氣體供應(yīng)裝置由儲氣罐、液態(tài)CO₂汽化裝置、送氣和放氣管道等部件組成；控制系統(tǒng)由主控數(shù)據(jù)采集器、放氣控制系統(tǒng)和CO₂采樣分析系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)組成。系統(tǒng)同時記錄了OTC內(nèi)外空氣溫濕壓、土壤溫濕、光合有效輻射等要素，設(shè)置多個對比與重復(fù)，以確保實(shí)驗(yàn)的真實(shí)可靠性，系統(tǒng)全天候無人值守運(yùn)行，數(shù)據(jù)實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控傳輸。

應(yīng)用案例介紹

河北大學(xué)萬師強(qiáng)老師團(tuán)隊在多倫恢復(fù)生態(tài)學(xué)試驗(yàn)示范研究站十三里灘基地搭建了開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，我公司根據(jù)用戶的需求完成了系統(tǒng)的建設(shè)。本次試驗(yàn)系統(tǒng)占地36*54m，由28個正八邊形頂開箱(OTC)組成。試驗(yàn)區(qū)分布如下圖，14個增強(qiáng)、14個對照，單個OTC面積13.2m²，容積約30m³。

實(shí)驗(yàn)要求：增強(qiáng)區(qū)相對于對照區(qū)增加200ppm±實(shí)際濃度3% (風(fēng)速：5米/秒以下時，達(dá)到該效果)。

氣體供應(yīng)裝置如下圖：

開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)

★CO₂自動熏蒸均勻度設(shè)計

我們在前人實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上保留了8邊形的釋放管，又增加了圈型通道釋放管，來實(shí)現(xiàn)濃度分布的均一性,并且節(jié)省了CO₂的使用。盡管科研人員有詳細(xì)的分析，證明不均一的情況在1分鐘平均數(shù)據(jù)上得到改善，但是我們還是努力使這個濃度更均勻。

★CO₂增強(qiáng)PID自動計算控制調(diào)節(jié)

PID方程比例微積分方程（PID方程）是過程控制中常用的方法，其框圖如下：

調(diào)節(jié)分量用來遏制擾動變化的趨勢，進(jìn)行超前調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)量正比于干擾的變化速度，但對不變或緩變的干擾無作用。P、I、D為比例參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。

★CO₂采樣進(jìn)氣口防水汽凝結(jié)，防灰塵過濾

進(jìn)氣組件包括用于設(shè)定流量的孔口，去除大氣灰塵的過濾器和防雨罩，這樣可以允許環(huán)境空氣自由采用而不會降低能量進(jìn)入。

開頂式OTC碳增強(qiáng)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

開頂式OTC這一設(shè)計，用戶可根據(jù)要求來設(shè)計外形結(jié)構(gòu)基本上可使箱內(nèi)之物理環(huán)境包括光線，溫度、濕度、降雨等接近于周圍自然環(huán)境?？裳芯慷趸?xì)怏w濃度升高對農(nóng)作物及森林樹木的影響，還可以讓研究者進(jìn)入，隨時觀察研究植物的生長情況；這對科研工作而言，有著很大的便利性。

野外安裝照片

參考文獻(xiàn)

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