CO2-FACE增強方案

一、概述

為預測和應對大氣組成變化的后果，科學界作了長期的努力。上世紀80年代前，大量的研究在溫室、培養箱或開頂式氣箱中進行。由于相應的試驗條件如溫度、風速、濕度、降雨等因素與自然條件相去甚遠，特別是系統中植物與昆蟲、病源的隔離，從這種模擬環境中所取得的研究結果預測大氣組成和氣候變化對生態系統的影響，具有較多的不確定性。鑒于此，研制開發在自由空氣條件下的升高大氣某個特定組分和（或者）溫度的實驗平臺系統，以在盡可能接近自然生態環境的條件下，研究生態系統對變化的響應和適應是非常必要的。

北京華益瑞科技有限公司設計的開放體系中調控CO2組分濃度和溫度的自動調控系統，即“二氧化碳及溫度FACE (Free Air gas Concentration Enrichment)"系統平臺。該系統在野外的目標區域沒有任何隔離設施，氣體可以自由流通，區域內通風、光照、溫度、濕度等條件十分接近自然生態環境。該系統平臺能在比較寬的風速范圍內（超過國際上同類系統）滿足較大區域內對目標氣體濃度的控制精度要求（超過國際上同類系統）。擁有自主知識產權的控制軟件，包括系統控制、數據采集控制和分析處理軟件包，遠程監控和數據管理，為研究生態系統對大氣中CO2濃度和溫度變化響應提供理想手段，使我國FACE平臺技術*于國際。

二、方案介紹與性能指標

在較大區域內改變和調控自由空氣中的特定氣體成分，是一項挑戰性很強的技術研究工作。世界上有多個優良團隊，正在研究在開放體系增加空氣中CO2、O3等多個組分濃度以及改變溫度、降水等因子的自動控制技術。世界上過去和正在運行的FACE系統基本上是旱地系統，如美國研制的系統設計目標為試驗區域的濃度比大氣中高50%，但實際達到的指標是平均高20%(Schroeder,2006)。由于這種平臺技術的缺陷，影響到相關研究結果的學術和應用價值。

遠程控制計算機管理整個平臺的運行，設置布氣實驗時間、氣象條件等，可進行CO2濃度/溫度設置值或者增強比例/幅度設定，控制樣地數據采集器獲得對照樣地數據采集器的參考數據，對控制量進行運算，通過各種控制器、質量流量計、調壓器等進行實施，再通過控制樣地內的傳感器、分析儀對樣地內的溫度、氣體濃度進行測量，實現反饋、閉環控制。

平臺結構系統框圖如下：

本系統的控制核心部件使用CampbellScientific,Inc的數據采集器，比較國際上的FACE系統，有的采用了Campbll的數據采集器，有的使用PLC來控制。有的使用了電腦控制相比之下，使用采集器有如下優點。

 CO2增強PID自動計算控制調節，PID方程  比例微積分方程（PID方程）是過程控制中常用的方法，其框圖如下：

采樣進氣口防水汽凝結方案，防灰塵過濾

CO2進氣組件（pn 27693）包括用于設定流量的孔口，去除大氣灰塵的過濾器和雨水分配器，這樣可以允許環境空氣自由采用而不會降低能量進入。雨水分流器被加熱以防止冷凝。進氣組件包括一個平衡室以抑制CO2和H2O的環境濃度的波動。

三、軟件平臺與移動監控

 1、電腦監控界面

O3-FACE監控控制回路顯示，下圖為生態環境研究中心的FACE實驗監控界面。

O3-FACE監控控制回路顯示，下圖為臭氧制作銷毀控制系統監控界面，為了是O3的增強不破壞大自然和周邊環境，本系統采用了臭氧銷毀裝置。

2、 手機APP應用監控

查看數據以及曲線（Android以及ios版本）

（一） 直接點擊手機App:Linker，則直接進入顯示所有在線圈名稱的界面，如下圖所示：

該界面顯示所有在線的圈地名稱，可對圈地名稱進行修改以及添加新名稱的操作。也可直接輸入圈地編號直接點擊查找。