L'anidride carbonica è il gas serra più importante nell'atmosfera e il suo gradiente di concentrazione verticale è importante per un'accurata comprensione e interpretazione del riscaldamento globale, l'inversione delle fonti e dei pozzi di carbonio, la calibrazione e la validazione dei modelli di trasporto atmosferico, e misure di telerilevamento.

Strumenti convenzionali di misurazione dell'anidride carbonica ad alta precisione, a causa delle grandi dimensioni, massa pesante di sistemi di supporto e prezzo elevato, sono difficili da applicare all'osservazione verticale, quindi la misurazione in situ dei profili verticali di anidride carbonica all'interno dello strato limite è rara.

Dopo anni di sforzi, il Carbon Cycle and Climate Change Group dell'Istituto di fisica dell'atmosfera (IAP), Accademia cinese delle scienze, e il Prof. Ning Zeng dell'Università del Maryland, NOI., ha sviluppato con successo uno strumento di monitoraggio dell'anidride carbonica miniaturizzato a basso costo basato sulla tecnologia a infrarossi non dispersiva. Le dimensioni ridotte e il peso ridotto dello strumento ne facilitano il montaggio su un dispositivo sonoro per l'osservazione verticale delle concentrazioni di anidride carbonica (Figura 1).

Dal 8 al 14 gennaio 2019, il team di ricerca ha caricato lo strumento su un sistema di rilevamento verticale del pallone legato dal Sub-Center of Atmospheric Sciences, Rete di ricerca sull'ecosistema cinese, IAP e ha condotto con successo osservazioni in situ della distribuzione verticale dell'anidride carbonica nello strato limite (0-1000 m) nella parte sud-occidentale della città di Shijiazhuang, provincia dell'Hebei, Cina. Dott. Yinghong Wang, un ricercatore del gruppo del Prof. Yuesi Wang, ha raccolto campioni di gas di diverse altezze e li ha misurati con precisione con un gascromatografo in laboratorio.

Dall'analisi dei dati, lo strumento miniaturizzato ha prodotto risultati del profilo verticale dell'anidride carbonica molto coerenti con quelli ottenuti dagli analizzatori gascromatografici convenzionali. "Dopo una settimana di continue osservazioni, abbiamo riscontrato che la concentrazione di anidride carbonica tende sostanzialmente a diminuire con l'aumentare dell'altitudine e che la distribuzione verticale della concentrazione di anidride carbonica nello strato limite è principalmente influenzata dalla stabilità dello strato limite e dalle fonti di emissione, e questi risultati sono stati ulteriormente confermati da simulazioni di modelli atmosferici, " spiega il corrispondente autore, Dottor Pengfei Han, dall'IAP. Tutti questi risultati sono stati recentemente pubblicati in Lettere di scienze atmosferiche e oceaniche .

Lo strumento miniaturizzato fornisce un metodo semplice ed efficiente per l'osservazione verticale dell'anidride carbonica, che è promettente per le applicazioni e ha un alto valore di replica. "Sulla base del sostegno del Programma nazionale di ricerca e sviluppo chiave [numero di sovvenzione 2017YFB0504000], abbiamo istituito una rete di osservazione ad alta densità a Pechino, Tientsin, e le regioni dell'Hebei sfruttando i vantaggi di uno strumento così economico e di alta precisione, e osservato le caratteristiche temporali e spaziali dei cambiamenti di anidride carbonica urbana su scala chilometrica, che fornirà dati scientifici per la definizione delle politiche in merito alla riduzione delle emissioni di carbonio e allo sviluppo a basse emissioni di carbonio in Cina, " conclude il dottor Han.