Long-term open-path dual-comb spectroscopy for urban CO 2 monitoring

方法

使用商用双光梳光谱仪，沿3.1公里路径测量CO2柱平均干空气摩尔分数。

发现

系统数据覆盖率达85%，精度达0.28 ppm@5分钟，优于傅里叶变换光谱仪一个数量级。

机会点

该方法可扩展至农业区域温室气体监测，结合遥感技术评估农田碳排放与碳汇。

摘要：城市温室气体（GHG）排放的精确量化可受益于路径平均、高精度、高时间分辨率的测量，这些测量可补充点传感器和被动遥感。在开放光路技术中，双光梳光谱法（DCS）作为一种特别有潜力的候选技术脱颖而出，它同时具备宽带覆盖、绝对SI溯源的频率轴以及足以支持多公里路径的光谱辐射亮度。本文介绍了一套开放光路双光梳光谱仪，采用两台商用、自参考、即插即用的频率光梳，在德国海德堡市的城市景观上连续运行。该仪器能够推断出沿3.1公里吸收路径的CO2柱平均干空气摩尔分数。在2025年9月至2026年2月的评估期内，常规观测期间系统实现了85%的数据覆盖率，数据损失主要归因于雾和暴雨等限制能见度的天气条件。仪器精度通过稳定大气条件下的重叠阿伦偏差表征，CO2达到4.79 ppm√s，相当于五分钟平均时间下的0.28 ppm。这些数值与以往开放光路DCS实验相当或更优，并且比在同一路径上共同部署的开放光路傅里叶变换光谱仪提高了约一个数量级。两台仪器对CO2的测量存在0.16 ppm的小偏差。结果表明，利用现成硬件即可实现高质量、长期运行的开放光路DCS，使该技术能够为更广泛的大气科学界所用，应用于从城市通量监测、网络尺度观测到光谱数据库验证等各类场景。