CO2-FACE增强方案

一、概述

为预测和应对大气组成变化的后果，科学界作了长期的努力。上世纪80年代前，大量的研究在温室、培养箱或开顶式气箱中进行。由于相应的试验条件如温度、风速、湿度、降雨等因素与自然条件相去甚远，特别是系统中植物与昆虫、病源的隔离，从这种模拟环境中所取得的研究结果预测大气组成和气候变化对生态系统的影响，具有较多的不确定性。鉴于此，研制开发在自由空气条件下的升高大气某个特定组分和（或者）温度的实验平台系统，以在尽可能接近自然生态环境的条件下，研究生态系统对全球变化的响应和适应是非常必要的。

北京华益瑞科技有限公司设计的开放体系中调控CO2组分浓度和温度的自动调控系统，即“二氧化碳及温度FACE (Free Air gas Concentration Enrichment)”系统平台。该系统在野外的目标区域没有任何隔离设施，气体可以自由流通，区域内通风、光照、温度、湿度等条件十分接近自然生态环境。该系统平台能在比较宽的风速范围内（超过国际上同类系统）满足较大区域内对目标气体浓度的控制精度要求（超过国际上同类系统）。拥有自主知识产权的控制软件，包括系统控制、数据采集控制和分析处理软件包，远程监控和数据管理，为研究生态系统对大气中CO2浓度和温度变化响应提供理想手段，使我国FACE平台技术优越于国际。

二、方案介绍与性能指标

在较大区域内改变和调控自由空气中的特定气体成分，是一项挑战性很强的技术研究工作。世界上有多个优良团队，正在研究在开放体系增加空气中CO2、O3等多个组分浓度以及改变温度、降水等因子的自动控制技术。世界上过去和正在运行的FACE系统基本上是旱地系统，如美国研制的系统设计目标为试验区域的浓度比大气中高50%，但实际达到的指标是平均高20%(Schroeder,2006)。由于这种平台技术的缺陷，影响到相关研究结果的学术和应用价值。

远程控制计算机管理整个平台的运行，设置布气实验时间、气象条件等，可进行CO2浓度/温度设置值或者增强比例/幅度设定，控制样地数据采集器获得对照样地数据采集器的参考数据，对控制量进行运算，通过各种控制器、质量流量计、调压器等进行实施，再通过控制样地内的传感器、分析仪对样地内的温度、气体浓度进行测量，实现反馈、闭环控制。

平台结构系统框图如下：

本系统的控制核心部件使用CampbellScientific,Inc的数据采集器，比较国际上的FACE系统，有的采用了Campbll的数据采集器，有的使用PLC来控制。有的使用了电脑控制相比之下，使用采集器有如下优点。

 CO2增强PID自动计算控制调节，PID方程  比例微积分方程（PID方程）是过程控制中常用的方法，其框图如下：

采样进气口防水汽凝结方案，防灰尘过滤

CO2进气组件（pn 27693）包括用于设定流量的孔口，去除大气灰尘的过滤器和雨水分配器，这样可以允许环境空气自由采用而不会降低能量进入。雨水分流器被加热以防止冷凝。进气组件包括一个平衡室以抑制CO2和H2O的环境浓度的波动。

三、软件平台与移动监控

 1、电脑监控界面

O3-FACE监控控制回路显示，下图为中国科学院生态环境研究中心的FACE实验监控界面。

O3-FACE监控控制回路显示，下图为臭氧制作销毁控制系统监控界面，为了是O3的增强不破坏大自然和周边环境，本系统采用了臭氧销毁装置。

2、 手机APP应用监控

查看数据以及曲线（Android以及ios版本）

（一） 直接点击手机App:Linker，则直接进入显示所有在线圈名称的界面，如下图所示：

该界面显示所有在线的圈地名称，可对圈地名称进行修改以及添加新名称的操作。也可直接输入圈地编号直接点击查找。