海—气二氧化碳交换通量监测与评估技术规程 第 3 部分：浮标监测

一、标准适用范围与执行边界

• 适用主体：各级海洋环境监测机构、涉海科研院所、海洋观测网建设方及浮标设备运维单位。
• 适用场景：近岸、近海及深远海海域海—气二氧化碳分压及交换通量的表层连续在线监测、数据采集、处理与评估。
• 排除条件：不适用于走航观测、锚系潜标、海洋志愿船及卫星遥感等非浮标平台的监测活动，不适用于甲烷等其他温室气体的监测。

二、核心实操技术要求

• 硬性指标：

  监测要素	测量范围	准确度要求	分辨率
  海水pCO2	200 μatm～1000 μatm	±2 μatm	0.1 μatm
  大气pCO2	300 μatm～500 μatm	±1 μatm	0.1 μatm
  海水温度	-2 ℃～40 ℃	±0.01 ℃	0.001 ℃

• 操作流程：
  1. 实验室准备：使用高纯氮气与两种已知浓度的标准气体进行两点校准，验证传感器响应线性度。
  2. 海上布放：确保浮标吃水深度符合设计要求，平衡水气交换器的进水口位于表层0.5米以内，防止气泡混入。
  3. 采样设定：采用循环测量模式，大气与海水pCO2交替采样，单次测量周期通常设定为3小时，同步采集温、盐、风速、风向。
  4. 质控处理：剔除因气泡吸入、泵故障引起的突变数据，利用温盐数据计算海水原位pCO2。
• 验收规范：
  1. 数据完整率不低于90%，有效数据率不低于85%。
  2. 在位标准气体校验相对偏差不超过±2 μatm。
  3. 系统具备防生物附着设计，连续无故障运行时间大于6个月。

三、典型业务场景应用案例

• 行业实景：东海黑潮源区碳汇监测网建设。该海域海况恶劣，生物附着严重，需长期获取高时空分辨率的海气碳通量数据。
• 落地方式：
  1. 搭载基于非色散红外原理的pCO2分析仪至10米大型海洋资料浮标。
  2. 配置微孔膜脱气装置，将海水中的二氧化碳分离至气相进行测量，避免液态水干扰光学腔。
  3. 结合浮标气象传感器获取的10米高度风速，依据块体传输公式实时计算海—气二氧化碳交换通量。
  4. 数据经北斗卫星链路加密回传岸基中心，生成月际碳汇通量评估报告，支撑区域碳收支核算。

四、实操难点与解决方案

• 执行痛点与高频问题：
  1. 生物附着堵塞：藤壶、藻类附着导致水气平衡器透水膜微孔堵塞，海水循环流量下降，pCO2测量值严重滞后。
  2. 高湿盐雾干扰：海洋高湿度环境使水汽进入红外光学检测池，造成光谱吸收峰重叠及基线漂移。
  3. 气泡混入误差：高海况下浮标剧烈摇晃，海水进水管吸入空气，导致测得的pCO2值瞬间向大气本底值跳变。
• 标准化落地对策：
  1. 防污综合治理：在水气交换器外部加装铜合金防污网，管路内壁涂覆无毒防污涂料，并设定定期自动注入次氯酸钠溶液进行管路清洗。
  2. 气路深度除湿：在气路中串联渗透干燥管与冷凝除水阱，确保进入传感器的气体露点低于-20℃，辅以自动零点校准算法消除残余漂移。
  3. 气泡智能剔除：在进水端增设脱气腔与气泡传感器，结合浊度计数据，当识别到气泡混入时自动标记该时段数据为可疑，并触发延时重测机制。