袁國(guó)旭　李萬(wàn)里　任俊峰

摘 要：2014年10月承德地震臺(tái)安裝了二氧化碳觀測(cè)儀器，本文分析了RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x和利用快速測(cè)定管觀測(cè)資料的相關(guān)性，分析的結(jié)果為相關(guān)性較好。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；資料分析；相關(guān)性

承德地震臺(tái)位于河北省承德市殊像寺楊樹溝村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)117°55′04″，北緯41°00′59″，海拔高程402m。所處為陰山斷隆的中部，南與中生代承德盆地相鄰，北靠燕窩鋪——周臺(tái)子背斜。臺(tái)站為太古界深變質(zhì)片麻巖所覆蓋。北有NE走向的中更新世晚期活動(dòng)的雙塔山——雙峰寺斷裂，南有北東走向的東河套——紅石砬第四紀(jì)活動(dòng)斷裂，東有控制武烈河流向近南北走向的武烈河第四紀(jì)活動(dòng)斷裂。2014年10月份，我臺(tái)安裝唐山中心臺(tái)研制的RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x，并于2015年11月1日正式產(chǎn)出數(shù)據(jù)，同時(shí)開展了模擬快速測(cè)定管測(cè)量二氧化碳的觀測(cè)，為開展數(shù)字和模擬二氧化碳觀測(cè)資料的對(duì)比分析提供了基礎(chǔ)。

作為一個(gè)新的觀測(cè)儀器和觀測(cè)手段，在并入河北省地震局前兆數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和對(duì)比觀測(cè)十分重要，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)于2011年度開始分別在赤城地震臺(tái)、后郝窯水化觀測(cè)站、豐寧地震臺(tái)、陡河地震臺(tái)、臨汾地震臺(tái)、承德地震臺(tái)、寬城地震臺(tái)進(jìn)行了試驗(yàn)觀測(cè)，在承德臺(tái)開展RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x的同時(shí)，開展了快速測(cè)定管觀測(cè)二氧化碳的觀測(cè)， 均取得了可喜的觀測(cè)效果，現(xiàn)正在逐步認(rèn)識(shí)不同觀測(cè)環(huán)境下，觀測(cè)資料的變化規(guī)律。

1 儀器工作原理

RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x和二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定物理量為氣體中二氧化碳的濃度，區(qū)別是RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量的是氣體中二氧化碳的濃度瞬時(shí)值，二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定物理量為氣體中二氧化碳的濃度累積值。

1.1 RZW-1A型數(shù)字化二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量原理：

RZW-1A型數(shù)字化二氧化碳測(cè)量?jī)x采用紅外光譜吸收原理（NDIR）：二氧化碳的紅外吸收光譜在波數(shù)為2342cm-1處有強(qiáng)吸收峰。其吸收關(guān)系服從朗伯-比爾（Lambert-Beer）吸收定律，一般情況下的關(guān)系式為：

I=I0exp（εLC） 1）

式1）中，I為出射光強(qiáng)度，I0為入射光強(qiáng)度，ε為摩爾吸光系數(shù)，C為待測(cè)氣體體積分?jǐn)?shù)，L為光和氣體的作用長(zhǎng)度（光路長(zhǎng)度）。對(duì)上式進(jìn)行變換得：

C=ln（I0 / I） 2）

在式2）中，當(dāng)摩爾吸光系數(shù)一定時(shí)，通過檢測(cè)二氧化碳出射光強(qiáng)度，即可計(jì)算得到待測(cè)的二氧化碳體積分?jǐn)?shù)。

不同氣體分子結(jié)構(gòu)不同，其吸收峰位置也不同。在二氧化碳觀測(cè)中，利用波數(shù)為2342cm-1 的紅外線作為光源檢測(cè)二氧化碳體積分?jǐn)?shù)，不易受到其他氣體分子濃度的影響，能夠得到較為穩(wěn)定的觀測(cè)值。

1.2 二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定原理

用于地震監(jiān)測(cè)的二氧化碳?xì)怏w檢測(cè)管由中國(guó)地震局地質(zhì)研究所研制，其原理是在一個(gè)固定有限長(zhǎng)度內(nèi)徑的玻璃管內(nèi)，裝填一定量的檢測(cè)劑（即化學(xué)指示粉），用塞料加以固定，再將玻璃管的兩端密封加工而成。檢測(cè)劑是將某些能與待測(cè)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并可以改變顏色的化學(xué)試劑附在固體載體顆粒表面上的一種物質(zhì)，化學(xué)試劑的選擇和它在載體上的化學(xué)濃度比決定了檢測(cè)管的物質(zhì)成分和量程范圍。檢測(cè)管的心臟是裝在玻璃管中的指示粉。檢測(cè)空氣中的有害氣體，就是根據(jù)通過該管的被測(cè)樣品與管內(nèi)指示粉進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，釋出有色反應(yīng)物，形成“著色層”而進(jìn)行的。指示粉一般由載體和化學(xué)試劑組成。把化學(xué)試劑涂覆在載體的表面上，讓盡可能少的試劑形成最大可能接觸的面積，以便得到具有很大通過表面能力的指示粉。應(yīng)當(dāng)選擇那些在迅速與待測(cè)氣體起化學(xué)作用時(shí)，能生成明顯顏色的反應(yīng)產(chǎn)物薄膜，并使原來的指示粉改變顏色的試劑。

檢測(cè)管的檢測(cè)是一種線性的比色方法，除嚴(yán)格控制制管技術(shù)（包括管徑、管長(zhǎng)和適合密度等）外，還要求指示粉與待測(cè)氣體進(jìn)行反應(yīng)要快，靈敏度要高，顏色變化要明顯，并且反應(yīng)物不能是揮發(fā)性的，重現(xiàn)性要好，長(zhǎng)期保存（有效期內(nèi)）性能不變。

在使用檢測(cè)管時(shí)，要將管子下端割斷（注意箭頭方向），讓含有被測(cè)物質(zhì)的氣體勻速地定量地通過管子，被測(cè)物質(zhì)與檢測(cè)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，部分檢測(cè)劑將被染色，其染色長(zhǎng)度與被測(cè)物質(zhì)濃度成正比，觀測(cè)檢測(cè)管上已印制好的刻度即可得知被測(cè)氣體的濃度。

2 資料選取

本文選取的資料為2014年11月18日到2015年7月18日兩種觀測(cè)手段的日值數(shù)據(jù)，經(jīng)過缺值處理和插值處理后的原始數(shù)據(jù)如下所示：

3 相關(guān)性分析

數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析是指對(duì)兩個(gè)或多個(gè)可能具備相關(guān)性的變量進(jìn)行分析，從而衡量?jī)蓚€(gè)變量因素的相關(guān)密切程度。一般用r表示相關(guān)系數(shù)，r的取值范圍為-1到1之間，正的表示正相關(guān)，負(fù)的表示負(fù)相關(guān)，8<|r|>=1表示高度相關(guān)。相關(guān)系數(shù)r計(jì)算公式為：

（下轉(zhuǎn)第37頁(yè)）（上接第30頁(yè)）

資料選用2015年1月1日至2015年6月30日資料進(jìn)行相關(guān)系數(shù)計(jì)算：RZW型二氧化碳測(cè)量?jī)x的觀測(cè)數(shù)據(jù)與二氧化碳快速測(cè)定管的數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為：0.8299。由于RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量的瞬時(shí)的二氧化碳的濃度而二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定的是一天的二氧化碳的累計(jì)量，盡管如此二者的相關(guān)系數(shù)還達(dá)到了0.8299，即二者相關(guān)性很好。

4 結(jié)論

通過對(duì)承德臺(tái)RZW型二氧化碳測(cè)量?jī)x的觀測(cè)數(shù)據(jù)與二氧化碳快速測(cè)定管的資料的對(duì)比分析結(jié)論如下：

4.1 曲線形態(tài)

承德臺(tái)數(shù)字和模擬二氧化碳觀測(cè)曲線形態(tài)基本一致，都呈現(xiàn)了數(shù)據(jù)先升高再下降的形態(tài)，由于RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量的瞬時(shí)的二氧化碳的濃度而二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定的是一天的二氧化碳的累計(jì)量，所以數(shù)字二氧化碳的變化幅度更大一些。

4.2 觀測(cè)資料的均方差

二氧化碳快速測(cè)定管均方差計(jì)算結(jié)果：3.4058。

RZW型二氧化碳測(cè)量?jī)x均方差計(jì)算結(jié)果：152.686。

由于二氧化碳快速測(cè)定管的位為3位數(shù)值，RZW型二氧化碳測(cè)量?jī)x的有效數(shù)位為5位，但從絕對(duì)值比：RZW型二氧化碳測(cè)量?jī)x的觀測(cè)數(shù)據(jù)的均方差比二氧化碳快速測(cè)定管的數(shù)據(jù)要小一倍多。

4.3 相關(guān)分析結(jié)果

由于RZW-1A型二氧化碳測(cè)量?jī)x測(cè)量的瞬時(shí)的二氧化碳的濃度而二氧化碳快速測(cè)定管測(cè)定的是一天的二氧化碳的累計(jì)量，盡管如此二者的相關(guān)系數(shù)還達(dá)到了0.8299，即二者相關(guān)性很好。

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