Picarro L2130-i（水汽氫氧同位素反映城市大氣中燃燒水的組成和循環(huán)）

使用Picarro L2130-i光腔衰蕩光譜儀從猶他州大學校園內八層樓高的William布朗寧大樓屋頂上方約4m的進氣口采集測量水蒸氣同位素比。通過維也納標準平均海洋水/南極輕降水進行參考和校準。原始測量頻率約為1Hz，取5分鐘平均值，并進行質量控制篩選。

通過低溫捕集，從汽車的排氣管中收集了水蒸氣，將凍結的蒸汽解凍，并使用Picarro L2130-i光腔衰蕩光譜儀分析測量。對用于模擬鹽湖流域邊界層水平衡和同位素組成的多相模型進行了修改。該模型跟蹤水蒸氣進入和排放的通量，并在10平方公里的可變深度框代表邊界層。研究期間的臺站觀測和再分析數據分別指定了橫向和上邊界條件。表面（燃燒）排放通過重新調整“Vulcan”網格排放產品中報告的CO₂排放來指定。

觀測到的水蒸氣D盈余(紅色曲線)和SLC城市邊界層CO₂濃度(藍色曲線)。使用12小時移動平均平滑數據?；疑幱捌跇擞洖閕-iv表示四個主要的大氣逆溫期。在整個記錄期間，水蒸汽d值表現(xiàn)出明顯的時間變化模式，與溫度和濕度(r=0.09和0.06)的相關性要弱得多。水蒸汽d值的平均值為+5.5‰，在研究期間最干燥的12月初出現(xiàn)了特別高的數值。最高的d值出現(xiàn)在12月7日的降雨事件之后。12月中旬之后，d值在大約+10‰和-17.2‰之間波動。

SLC城市邊界層CO₂濃度(A)和水蒸汽d值(B)的平均日循環(huán)數據分別為逆溫期(細線)、非逆溫期(暗線)和整個記錄的數據平均值(粗線)。C中的值顯示了d變化與CO₂變化的比值，計算相對于反演周期數據的最大值(d)或最小值(CO₂) [(d-d_max)/(CO₂ - CO_2min)]。C中的數據用1小時移動平均進行平滑處理。

CO₂濃度的日變化模式先前被歸因于全天人類排放和大氣條件的變化，包括早晚高峰通勤時產生的汽車尾氣、夜間家庭供暖以及正午邊界層生長時CO₂的稀釋。在時間尺度上，蒸汽d值與排放產生的CO₂濃度的強烈關聯(lián)表明，d值可能記錄了與人為排放相關的SLC邊界層水的變化。

在反演(紅色)和反演前背景(淡紅色)條件下的邊界層水汽同位素數據，以及潛在水汽來源的測量值和估定值?；旌习j圖顯示了在背景蒸汽和測量的廢氣蒸汽的最高δ²H和δ¹⁸O值之間的線性混合物中，燃燒衍生蒸汽的近似值范圍和相關貢獻百分比。GMWL為全球大氣降水線。

在整個研究間隔內模擬(黑色)和觀測(灰色)大氣示蹤特性。二氧化碳濃度(A)和d值(B)的直接測量結果與氣象和排放數據強迫的大氣質量平衡模型的結果進行了比較。在B中，虛線表示用于表示自由對流層(d_a)中水汽的d值的函數，而燃燒產生的水蒸汽(d_c)的d值被規(guī)定為−225‰。對于d_a，使用從0到4的諧波加上一個趨勢項來指定簡約形式，并根據d值中誤差的平方和的殘差來優(yōu)化其參數。在C中，將來自燃燒的特定濕度分數(χ)的模型估計與直接從觀察到的d數據計算的等效估計進行比較。這兩個估計都使用面板B中的d_a曲線。淺灰色值是3250的倍數，其中d>d_a，這意味著非物理負χ。

(A)在整個研究期間，觀測(灰色)和模擬(黑色)的d值平均日周期的比較。(B)模擬燃燒比濕度(q_c，藍色曲線)、觀測到的總比濕度(q，綠色曲線)、燃燒衍生蒸汽中q所占比例(χ)的日循環(huán)(紅色曲線)。(C)將模擬的q_c變化率分解為各組分項(見圖例):人為項是地表燃燒產生的向上水汽通量，攜帶項表示白天混合層生長時從上面吸入的空氣，平流項表示風的輸送，露珠項表示露珠或霜對地表的損失(露珠值顯示為中值而不是平均值，因為它們有很強的負偏度)。

我們已經證明，傳統(tǒng)的大氣中水蒸氣的穩(wěn)定同位素測量記錄了燃燒產生的水蒸氣濃度的信息，這些濃度在城市邊界層中可能很重要，并且它們在一系列時間尺度上隨著源強度和大氣混合的變化而變化。這些發(fā)現(xiàn)的影響跨越了一系列領域。進一步認識與燃燒中的水有關的極端負d值，對越來越側重于大氣水分平衡方面的水蒸氣同位素研究具有非常重要的意義，并對監(jiān)測工作中的儀器的選址和數據的解釋有一定的影響作用，例如在全美數十個地點進行連續(xù)的水蒸氣同位素比測量的國家生態(tài)觀測網。

以前來自其他地點的水蒸氣d值可能記錄了與燃燒衍生水蒸氣有關的信號；這種影響在最近對記錄的水蒸氣d值分析中并不立即明顯，但可能需要對數據進行更徹底的評估。正如《燃燒之水》中所討論的，邊界層d值的測量有可能與其他示蹤劑一起使用，以努力劃分城市溫室氣體和其他污染物的排放源。

最后，燃燒產物水同位素特征為研究燃燒產生的水蒸氣作為城市水循環(huán)的一個綜合組成部分的作用提供了新的機會。本研究表明，在某些條件下，燃燒所產生的水蒸汽在這個循環(huán)中是一個重要的部分。燃燒產物水的排放通過SLC的大氣逆溫顯著增加了邊界層濕度，因此這類情況可能會影響當地的氣象、大氣化學和人類舒適度。了解和有效管理城市地區(qū)的水循環(huán)是可持續(xù)發(fā)展科學面臨的一個關鍵挑戰(zhàn)，我們的工作表明，燃燒產生的水是這個循環(huán)的一個重要組成部分，但可能被忽視了。

Picarro L2130-i同位素水分析儀可以提供高質量的水穩(wěn)定同位素測量，這對古氣候學、水文學和海洋學等苛刻的應用至關重要。同時該設備配有Chem Correct TM后期處理軟件，用于標記污染和標養(yǎng)校正計算。

此外，Picarro還提供多種外圍設備，可以分析各種形態(tài)或來源的水。這讓它不管在實驗室還是在野外，都成為最受歡迎的三相水同位素分析儀(δ¹⁸O和δD)。

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