(57)【要約】【課題】  簡単な構成で、ただ一つのガス分析計を使用し、複数の位置でそれぞれ同時に採取したガスを分析して気体濃度分布を測定すると共に、好ましくは、乱流フラックスを測定することができる気体濃度分布測定装置を提供する。【解決手段】  互いに高さの異なる高度でそれぞれ開口する複数の採気口１１ａ乃至１１ｄと、各採気口に対して個別にそれぞれ低速の第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄ及び第一のバルブ２０ａ乃至２０ｄを介して接続した採気バッグ１３ａ乃至１３ｄと、各採気バッグからそれぞれ第二のバルブ２２ａ乃至２２ｄを介して、また共通の一つの高速の第二のポンプ２３を介して接続するガス分析計３０とで気体濃度分布測定装置１０を構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる位置でそれぞれ開口する複数の採気口と、
該各採気口に対して個別にそれぞれ第一のポンプ及び第一のバルブを介して接続された採気バッグと、
各採気バッグからそれぞれ第二のバルブを介して、そして共通の一つの第二のポンプを介して接続される、導入ガス中の気体濃度を測定するためのガス分析計と、
を含んでおり、
上記各第一のバルブが同時に開閉制御されて、その開放時に第一のポンプにより低速で上記各採気バッグに大気が採取され、上記各採気バッグに所定量の空気を採取したときに第一のバルブが閉じられ、
次に、上記第二のバルブが順次に開放されて、上記第二のポンプにより各採気バッグ内に採取された大気が順次に高速でガス分析計に送出され、該ガス分析計により気体濃度が計測されることを特徴とする、気体濃度分布測定装置。
【請求項２】
さらに、前記複数の採気口とは異なる位置に開口する乱流測定用の採気口が備えられていて、この採気口が、三方弁を介して前記第二のポンプの吸引側に接続され、上記採気口付近の大気を吸引して前記ガス分析計に送出することにより、上記採気口付近の乱流フラックスを測定することを特徴とする、請求項１に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項３】
前記三方弁が、前記第一のバルブ開放時に前記第一のポンプにより各採気バッグに大気が採取されている間に、前記乱流測定用の採気口側を前記第二のポンプに対して開放することを特徴とする、請求項２に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項４】
前記気体濃度分布測定装置が、さらに、制御部を備えていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項５】
前記各第一のバルブ及び各第二のバルブ及び前記第一のポンプ及び第二のポンプが、前記制御部により制御されることを特徴とする、請求項１又は４に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項６】
前記三方弁が、前記制御部により制御されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項７】
前記制御部が、前記ガス分析計により計測される気体濃度データを記録するメモリ手段を備えていることを特徴とする、請求項１又は４に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項８】
前記制御部が、気体濃度分布測定装置を遠隔地から制御する通信手段を備えていることを特徴とする、請求項１又は４に記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項９】
前記気体濃度分布測定装置が、さらに、風速計を備えていることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の気体濃度分布測定装置。
【請求項１０】
前記気体濃度分布測定装置が、さらに、温度計を備えていることを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の気体濃度分布測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の高度にて所定量の大気を採取して、各高度での気体の高さ方向の濃度分布を測定する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化がますます深刻な問題になってきており、このような地球温暖化を予測するためには、温室効果ガスであると推測されているＣＯ2 （二酸化炭素）などのモニタリングが重要である。このような温室効果ガスのモニタリングのためには、温室効果ガスを連続測定し得る例えば赤外線ガス分析装置が利用される。
また、温室効果ガスのモニタリングのためには、一つの測定箇所において、互いに高さの異なる複数の高度にて、それぞれ大気を採取して、所謂微量濃度プロファイルを測定することが有用である。
【０００３】
ところで、このような微量気体濃度プロファイルを測定するために、微量気体濃度を測定すべき各高度にて、それぞれガス分析計を備えて、各高度の微量気体濃度をそれぞれガス分析計により測定することは、赤外線ガス分析装置が高価であることもあって、一般的には行なわれない。このため、一台のガス分析計を使用して、各高度の大気や土壌中での微量気体濃度を測定することにより、微量気体濃度プロファイルの測定を行なうようにしている。
【０００４】
このような微量気体濃度分布の測定方法においては、一台のガス分析計により各高度の大気を順次に時間的にずらしてサンプリングすることになる。
しかしながら、大気は所謂乱流状態にあって、比較的短い周期で微量気体濃度プロファイルが変動していることから、サンプリング周期が短くても、測定される微量気体濃度プロファイルに大きな誤差が生ずる可能性がある。
【０００５】
また、測定高度が積雪中である場合、大気をサンプリングする流速が速いと、積雪のために当該測定高度における大気量が少ないことから、当該高度以外の周囲の大気や積雪粒子も採取してしまうことになるので、その高度における気体濃度を正確に測定することが困難になってしまう。したがって、例えば０．２ｌｔｒ（リットル）／分という低速で大気のサンプリングを行なうようにしている。
しかしながら、このような低速で採取される微量の大気は、前述した赤外線ガス分析計で直接に計測することはできない。
【０００６】
さらに、赤外線ガス分析装置によって、例えば高度１０ｍにて、例えば１０ｌｔｒ／分の高速で大気を分析することによって、乱流フラックスを測定することが可能となるが、上述した微量気体濃度測定装置は、このような乱流フラックスも測定することができるようには構成されていない。
【０００７】
これに対して、特許文献１乃至９には、種々の気体濃度を測定するための各種装置や方法が開示されている。
即ち、特許文献１には、多点から同時にガスを採取して、採取したガスにレーザ光を照射することにより、燃焼生成物の濃度を測定する技術が開示されている。
特許文献２には、多点からガスを計測順に分析計に送出して、大気中のＣＯ濃度等を測定する技術が開示されている。
また、特許文献３乃至５には、多点からの土壌ガス，空気等を、管を切り換えながら採取して、それぞれ分析を行なう技術が開示されている。
また、特許文献６には、多点から空気を採取管を介して連続的に吸引して、この空気を分析し、メタン濃度等を測定する技術が開示されている。
さらに、特許文献７には、多点で空気を採取器にサンプリングする技術が開示されている。
【０００８】
これに対して、特許文献８及び９には、多点からガスをエアバッグ内にサンプリングして、ガスフラックス（乱流）を測定する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−００４５４３号公報
【特許文献２】特開平０８−１２２２３０号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１７２５号公報
【特許文献４】特開平１０−２８１９７５号公報
【特許文献５】特開２００１−１６５９１９号公報
【特許文献６】特開平０６−３１７５０８号公報
【特許文献７】特開平１１−２２３５８３号公報
【特許文献８】特開平０８−２６１８９１号公報
【特許文献９】特開平０８−２６１８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１によれば、低速でガスを採取して、高速でガスを分析するようには構成されておらず、さらに乱流フラックスを測定する技術も開示されていない。
また、特許文献２によれば、多点からのガスを同時に低速で個別に採取し、採取した各ガスをそれぞれ個別に分析するようには構成されておらず、また乱流フラックスを測定する技術も開示されていない。
さらに、特許文献３乃至５によれば、低速でガスを採取して、高速でガスを分析するようには構成されていない。
また、特許文献６によれば、同様に低速でガスを採取して、高速でガスを分析するようには構成されていない。
さらに、許文献７によれば、連続的または周期的に空気をサンプリングすることは想定されておらず、したがって、多点から同時にガスを採取して、分析する技術は開示されていない。
最後に、特許文献８及び９には、低速でガスを採取して、高速でガスを分析するようには構成されていない。
【００１１】
このように、従来技術においては、ただ一つのガス分析計を使用して、複数の高度でそれぞれ同時に採取したガスを分析して、気体濃度分布を測定すると共に、乱流フラックスを測定することができるようにした、気体濃度分布測定装置が得られていない。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑み、簡単な構成により、ただ一つのガス分析計を使用して、複数の位置でそれぞれ同時に採取したガスを分析して、気体濃度分布を測定すると共に、好ましくは、乱流フラックスを測定することができるようにした、気体濃度分布測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の気体濃度分布測定装置は、互いに異なる位置でそれぞれ開口する複数の採気口と、各採気口に対して個別にそれぞれ第一のポンプ及び第一のバルブを介して接続された採気バッグと、各採気バッグからそれぞれ第二のバルブを介して、そして共通の一つの第二のポンプを介して接続される、導入ガス中の気体濃度を測定するためのガス分析計と、を含んでおり、各第一のバルブが同時に開閉制御されて、その開放時に第一のポンプにより低速で各採気バッグに大気が採取され、各採気バッグに所定量の空気を採取したときに第一のバルブが閉じられ、次に、第二のバルブが順次に開放されて、第二のポンプにより各採気バッグ内に採取された大気が順次に高速でガス分析計に送出され、ガス分析計により気体濃度が計測されることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、すべての第一のバルブを開放して、すべての第一のポンプを運転することにより、各採気口からそれぞれ対応する採気バッグ中に、大気を低速で吸引して採取する。
次に、第二のバルブを順次に開放して、各採気バッグから採取された大気を順次に第二のポンプにより高速でガス分析計に送出する。
これにより、ガス分析計は、各採気口付近の時間平均された大気濃度を検出し、各採気口が開口する位置における大気濃度、大気濃度分布を測定することが可能である。
【００１５】
この場合、例えば、種々の高度で開口する各採気口から、同時に所定量の大気が採取される。したがって、各採気口での大気の採取に時間的ずれがない。その際、大気の採取が低速で行なわれることから、採気口が積雪中あるいは土壌中であっても、当該採気口周辺の大気や積雪粒子等を吸引してしまうようなことがなく、当該採気口付近の大気が確実に採取される。
【００１６】
また、各採気バッグには十分な量の大気が採取されるので、ガス分析計は、分析に必要な量の大気が高速で送り込まれる。このため、当該大気のガス分析を、短時間に、かつ、正確に行なうことができる。この際、大気中に含まれる微量ガスの分析も行うことができる。
【００１７】
上記構成において、好ましくは、さらに、複数の採気口とは異なる位置に開口する乱流測定用の採気口が備えられていて、この採気口が、三方弁を介して第二のポンプの吸引側に接続され、採気口付近の大気を吸引してガス分析計に送出することにより、採気口付近の乱流フラックスを測定する。
上記構成によれば、各採気口から採気バッグに大気が低速で採取されている間に、この乱流測定用の採気口から三方弁を介して第二のポンプにより高速で大気を吸引してガス分析計に送出することにより、ガス分析計は、乱流測定用の採気口から大気を連続的に分析することによって、当該乱流測定用の採気口付近の乱流フラックスを測定することが可能になる。
【００１８】
上記構成において、好ましくは、三方弁が、第一のバルブ開放時に第一のポンプにより各採気バッグに大気が採取されている間に、乱流測定用の採気口側を第二のポンプに対して開放する。この構成によれば、ガス分析計により、採気バッグへの大気の採取の間の待ち時間を利用して、当該乱流測定用の採気口付近の乱流フラックスを測定することができる。
【００１９】
上記構成において、好ましくは、気体濃度分布測定装置が、さらに、制御部を備えている。また、好ましくは、各第一のバルブ及び各第二のバルブと、第一のポンプ及び第二のポンプと、を制御する制御部を備えている。また、好ましくは、三方弁が、制御部により制御される。
上記構成によれば、制御部を使用することにより、大気の採気において、各第一のバルブ及び各第二のバルブと、第一のポンプ及び第二のポンプと、所定のタイミングで正確に制御することができる。また、乱流測定を所定のタイミングで正確に制御することができる。
【００２０】
上記構成において、制御部は、さらに、ガス分析計により計測される気体濃度データを記録するメモリ手段を備えている。また、好ましくは、制御部は、気体濃度分布測定装置を遠隔地から制御する通信手段を備えている。この構成によれば、ガス分析計により計測される気体濃度をメモリ手段に保存することができる。また、通信手段により、測定データを遠隔地に送出したり、遠隔地からの測定指令が受信できるので、無人で大気に含まれる気体の濃度の長時間の測定が可能となる。
【００２１】
上記構成において、気体濃度分布測定装置は、好ましくは、さらに、風速計を備えている。この構成によれば、ガス分析計により計測される気体濃度データと共に、例えば、採気口の風速も併せて測定することができる。
【００２２】
上記構成において、気体濃度分布測定装置は、好ましくは、さらに、温度計を備えている。この構成によれば、ガス分析計により計測される気体濃度データと共に、例えば採気口が設置されている箇所の気温も併せて測定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、各採気口から大気を低速で採取することによって、採気口が積雪中あるいは土壌中に在る場合でも、確実に採気口付近の大気を採取することができると共に、各採気口からの大気が同時に採取されることにより、乱流フラックスが発生していても、正確に同一時点での大気を採取することができるので、平均化された気体濃度分布や、気体濃度分布を正確に測定することが可能になる。
さらに、採気バッグへの大気の採取の間の待ち時間を利用して、乱流測定用の採気口から高速で大気を吸引してガス分析計に送出することにより、ガス分析計が乱流測定用の採気口から大気を連続的に分析して、当該乱流測定用の採気口付近の乱流フラックスを測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に示した実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。
図１は、本発明による気体濃度分布測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、気体濃度分布測定装置１０は、採気口１１と、採気口１１から大気を採気する大気採気部５（図１の点線で囲んだ部分）と、採気部５で採気した大気を分析するガス分析計３０と、を含んで構成されている。採気部５は、制御部３１により制御される。
【００２５】
採気口１１は、互いに異なる位置で開口する複数個、図示の場合、４個の大気の採気口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ及び乱流測定用の採気口１１ｅからなっている。
大気採気部５は、各採気口１１ａ乃至１１ｅから延びる採気管１２ａ乃至１２ｅと、採気管１２ａ乃至１２ｄの先端に接続された採気バッグ１３ａ乃至１３ｄと、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄから延びる吸引管１４ａ乃至１４ｄが一つに合流する吸引管１４ｅと、採気管１２ｅが流入側に接続される三方弁１５などから構成されている。この三方弁１５から送出管１６を介して、ガス分析計３０が接続される。
ここで、複数の大気の採気口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは４個の場合を示しているが、所望の三次元配置による気体濃度分布が得られるように、高さを変えた位置などに必要な個数を設置すればよい。また、乱流測定用の採気口１１ｅは、複数の採気口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとは異なる別の位置に、設置することが好ましい。
なお、本発明において、乱流とは、大気による風速や、大気に含まれている気体濃度の高周波濃度成分などを含むものである。
【００２６】
上記大気採気部５において、各採気管１２ａ乃至１２ｄには、採気口側から順に、フィルタ１７ａ乃至１７ｄ，第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄ，流量調整バルブ１９ａ乃至１９ｄ，第一のバルブとなる三方弁２０ａ乃至２０ｄ，流量計２１ａ乃至２１ｄが接続されていると共に、採気管１２ｅには、同様にフィルタ１７ｅ，流量調整バルブ１９ｅが接続されている。
また、上記各吸引管１４ａ乃至１４ｄには、第二のバルブとなる二方弁２２ａ乃至２２ｄが接続されている。そして、吸引管１４ｅには、流量調整バルブ２２ｅが接続されている。
さらに、上記送出管１６には、三方弁１５側から順に、第二のポンプ２３，流量計２４，三方弁２５，流量計２６が接続されている。この送出管１６の三方弁２５と流量計２６との間には、外部から複数の標準ガス（図示の場合、２つ）３２，３３が、それぞれ、二方弁２７ａ，２７ｂを介して導入されるようになっている。
【００２７】
上記採気口１１ａ乃至１１ｅは、例えば測定箇所において、それぞれ高度０ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，１０ｍにて開口するように配置されている。
なお、各採気口１１ａ乃至１１ｅは、雨水や積雪が進入しないように、下方を向いた漏斗を備えている。
【００２８】
上記採気管１２ａ乃至１２ｅは、例えば耐候性のテフロン（登録商標）チューブ等から構成されており、それぞれ一端が採気口１１ａ乃至１１ｅに気密的に接続されていると共に、採気管１２ａ乃至１２ｄは、それぞれ採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに気密的に接続されており、また採気管１２ｅは、三方弁１５の流入側に気密的に接続されている。
【００２９】
上記採気バッグ１３ａ乃至１３ｄは、それぞれ、例えば医療用の商品名テドラーバッグ等として市販されている伸縮可能な気密バッグから構成されている。
【００３０】
上記吸引管１４ａ乃至１４ｅは、採気管１２ａ乃至１２ｅと同様に、例えば耐候性のテフロン（登録商標）チューブ等から構成されている。吸引管１４ａ乃至１４ｄは、それぞれ、一端が、各二方弁２２ａ乃至２２ｄを介して、採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに気密的に接続されていると共に、他端が吸引管１４ｅの一端に纒めて気密的に接続されている。また、吸引管１４ｅの他端が、流量調整バルブ２２ｅを介して、三方弁１５の流入側に気密的に接続されている。
【００３１】
上記三方弁１５は、公知の構成の三方弁であって、例えば電磁弁として構成されており、流入側に接続された採気管１２ｅ、または、吸引管１４ｅを択一的に流出側に切り換えるようになっている。
【００３２】
上記送出管１６は、同様に、例えば耐候性のテフロン（登録商標）チューブ等から構成されており、一端が三方弁１５の流出側に気密的に接続されていると共に、他端がガス分析計３０のガス導入口に対して気密的に接続されている。
【００３３】
上記フィルタ１７ａ乃至１７ｅは、それぞれ公知の構成であって、採気口１１ａ乃至１１ｅから吸引される大気中に含まれる塵埃等の不純物を除去する。
【００３４】
上記第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄは、採気ポンプで、それぞれ公知の構成の所謂押込ポンプであって、例えば０．２ｌｔｒ（リットル、１０００ｃｍ3 ）／分の低速で気体を吸引し、送出する。
【００３５】
上記流量調整バルブ１９ａ乃至１９ｅは、それぞれ、採気管１２ａ乃至１２ｅを流れる気体の流量を調整することができるようになっている。流量調整バルブ１９ａ乃至１９ｅ及び２２ｅは、手動バルブやマスフローコントローラーを用いることができる。マスフローコントローラーの場合には、後述する制御部３１により制御されてもよい。
【００３６】
上記第一のバルブである三方弁２０ａ乃至２０ｄは、それぞれ公知の構成の三方弁であって、電磁弁として構成されており、流入側が各採気管１２ａ乃至１２ｄの上流側に、また一つの流出側が各採気管１２ａ乃至１２ｄの下流側に接続されると共に、他方の流出側が大気開放されている。
【００３７】
上記流量計２１ａ乃至２１ｄは、それぞれ公知の構成の流量計であって、採気管１２ａ乃至１２ｄ内を流れる気体の流量を計測する。
【００３８】
上記第二のバルブである二方弁２２ａ乃至２２ｄは、それぞれ公知の構成の二方弁であって、電磁弁として構成されており、吸引管１４ａ乃至１４ｅをそれぞれ開閉する。
【００３９】
上記第二のポンプ２３は、公知の構成の吸引ポンプであって、例えば１５ｌｔｒ／分の高速で気体を吸引し、送出する。
【００４０】
上記流量計２４は、公知の構成の流量計であって、送出管１６を流れる気体の流量を計測する。
【００４１】
上記三方弁２５は、公知の構成の三方弁であって、電磁弁として構成されており、流入側が送出管１６の上流側に、また一つの流出側が送出管１６の下流側に接続されると共に、他方の流出側が大気開放されている。
【００４２】
上記流量計２６は、公知の構成の流量計であって、送出管１６からガス分析計３０に流入する気体の流量を計測する。
【００４３】
上記二方弁２７ａ，２７ｂは、それぞれ公知の構成の二方弁であって、電磁弁として構成されており、外部から導入される標準ガス３２，３３の通路をそれぞれ開閉する。
【００４４】
上記ガス分析計３０は、公知の構成の例えば赤外線ガス分析計であって、所定量の大気等のガスが導入口から導入されることにより、当該ガスの分析を行なって、例えば、Ｈ2 Ｏの気体濃度やＣＯ2 等の微量気体濃度を検出し、あるいは乱流フラックスを測定するようになっている。また、上記ガス分析計３０は、二方弁２７ａ，２７ｂを介して導入される異なる標準ガス３２，３３が導入口から導入されることにより、これらのガスの既知の濃度を測定の前や後、または前後に分析して、その結果に基づいて分析結果を較正するようになっている。
【００４５】
上記気体濃度分布測定装置１０は、さらに、制御部３１を含んでいる。この制御部３１は、コンピュータなどから構成されており、上述した三方弁１５，第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄ，三方弁２０ａ乃至２０ｄ，二方弁２２ａ乃至２２ｅ，第二のポンプ２３，三方弁２５，二方弁２７ａ，２７ｂをそれぞれ所定のタイミングで開閉，切換えまたは駆動制御する。さらに、流量調整バルブ１９ａ乃至１９ｅの制御を行うこともできる。
【００４６】
ここで、制御部３１は、大気採取部５内の上記各弁の他に、第１のポンプ１８ａ乃至１８ｄ及び第２のポンプ２３を含む大気採取部５の制御を行うことができる。また、制御部３１は上記ガス分析計３０による測定データの通信機能を備えていてもよい。
さらに、制御部３１は、ガス分析計により計測される気体濃度や乱流フラックスなどの計測データを保存し、蓄積できるメモリ手段や、遠隔地から測定指令の制御ができる手段、所謂テレメトリ手段を備えていてもよい。
このような制御部３１は、マイクロプロセッサ、各種メモリ、通信用インターフェイスなどや、所定の制御プラグラム、所謂ソフトウェアを備えたコンピュータにより構成できる。コンピュータとしては、ガス分析計３０による測定データの採取及び記録ができるデータロガーに、さらに、大気採取部５の制御と、通信機能と、プログラム制御可能な機能を備えた、所謂インテリジェントなデータロガーをも用いることができる。
これにより、制御部３１は、ガス分析計により計測される微量気体濃度データ等を気体濃度分布測定装置が設置されている遠隔地で蓄積することができる。
また、気体濃度分布測定装置の測定者は、遠隔地への測定指令ができるので、無人で、大気に含まれる微量気体濃度などの各種測定データの長時間の測定が可能となる。
なお、採気口及び関連する構成部品は、採気口が４箇所として説明したが、測定に応じて必要な採気口及び関連する構成部品を設置すればよい。
【００４７】
本発明の実施形態による気体濃度分布測定装置は以上のように構成されており、以下のように動作する。
最初に、気体濃度分布測定装置１０に電源が投入されると、第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄと、第二のポンプ２３が起動する。次に、測定の前に、ガス分析計３０の較正が行なわれる。
この較正のために、各弁が閉じられている状態から、二方弁２７ａ，２７ｂが順次に開放されることにより、標準ガス３２及び較正用３３ガスが、順次にガス分析計３０の導入口から導入され、ガス分析計３０によって標準ガスの分析が行なわれ、これらの分析結果に基づいて、分析結果の較正が行なわれる。
【００４８】
このような較正が行なわれた後、気体濃度の分布測定が行なわれる。
即ち、まず第一のバルブである三方弁２０ａ乃至２０ｄが制御部３１によって同時に開弁され、それぞれ採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに、各採気口１１ａ乃至１１ｄ付近の大気が採取される。その際、各第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄは、０．２ｌｔｒ／分の低速で大気を採取し、５０分間採取して、それぞれ採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに１０ｌｔｒの大気を採取する。
【００４９】
そして、このような採気バッグ１３ａ乃至１３ｄへ大気を採取している間、並行して、制御部３１の制御によって、三方弁１５が採気管１２ｅ側に切り換えられると共に、三方弁２５がガス分析計３０側に切り換えられ、また第二のポンプ２３が動作開始することにより、採気口１１ｅ付近の大気がガス分析計３０に導入される。その際、第二のポンプ２３は、１０ｌｔｒ／分の高速で、連続的に大気を採取して、ガス分析計３０に送出するので、ガス分析計３０は、十分な量の大気に基づいて、連続的に大気の分析を行なうことができる。これにより採気口１１ｅの高さにおける乱流フラックスの測定が行なわれ得ることになる。
【００５０】
そして、５０分経過後に、制御部３１の制御によって、第一のバルブ２０ａ乃至２０ｄが閉じられ、各三方弁２０ａ乃至２０ｄが大気開放側に切り換えられる。これにより、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄ内への大気の採取が終了すると共に、採気口１１ｅ付近の大気による乱流フラックスの測定が終了する。
【００５１】
次に、制御部３１の制御によって、三方弁１５が吸引管１４ｅ側に切り換えられる。このとき、三方弁２５がガス分析計３０側に切り換えられ、その状態が保持されている。
次に、第二のバルブである二方弁２２ａが開弁され、第一の採気バッグ１３ａ内に採取された大気が、吸引管１４ａ，１４ｅから三方弁１５を介して、第二のポンプ２３により、例えば１０ｌｔｒ／分の高速で送出管１６を介してガス分析計３０の導入口に導入される。
これにより、ガス分析計３０は、第一の採気バッグ１３ａ内の十分な量の大気が導入されることになり、その大気の分析を正確に行なうことができる。この分析結果により、例えば、Ｈ2 Ｏの気体濃度やＣＯ2 ，ＣＨ4 等の微量気体濃度を計測する。
【００５２】
そして、採気バッグ１３ａ内の大気のガス分析が終了すると、制御部３１の制御によって、三方弁２５が大気開放されることにより、採気バッグ１３ａ内に残った大気が外部に排出される。
これにより、採気バッグ１３ａが大気のない状態となる。このように、採気バッグ１３ａを伸縮可能な袋状の形状とすることにより、ガス分析に用いた大気以外の大気を排出して、大気のない状態とすることができる。したがって、前の測定で採取した大気が、次の測定のために吸い込む大気と混合されないようにできる。
続いて、制御部３１の制御によって、二方弁２２ａが閉弁され、二方弁２２ｂが開弁され、三方弁２５がガス分析計３０側に切り換えられることにより、第二の採気バッグ１３ｂ内に採取された大気が、吸引管１４ｂ，１４ｅから、第二のポンプ２３により高速で送出管１６を介してガス分析計３０の導入口に導入される。これにより、ガス分析計３０は、十分な量の大気が導入され、当該大気の分析を正確に行なって、その分析結果により微量気体の濃度を計測する。
【００５３】
同様にして、順次に二方弁２２ｃ，２２ｄが開弁されることにより、順次に採気バッグ１３ｃ，１３ｄ内に採取された大気がそれぞれ高速でガス分析計３０内に導入され、ガス分析計３０により微量気体濃度が計測されることになる。
このようにして、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄ内に同時に採取された大気が、二方弁２２ａ乃至２２ｄの順次の開弁によって、順次にガス分析計３０内に高速で導入され、ガス分析されることによって、同一時点で互いに高さの異なる複数の採気口１１ａ乃至１１ｄ付近から採取された大気中の微量気体濃度分布が測定され得る。
なお、上記説明においては、大気ガス分析後に残った大気は各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄ毎に外部に排出したが、大気ガス分析後に採気バッグ１３ａ乃至１３ｄの弁を全て開けて、まとめて排気してもよい。
【００５４】
したがって、各採気口１１ａ乃至１１ｄから大気を採取する際には、対応する第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄにより、例えば０．２ｌｔｒ／分の低速で採取することにより、例えば採気口１１ａ乃至１１ｄの何れかが積雪中あるいは土壌中に在ったとしても、周辺の大気を吸引したり、積雪粒子等を吸引するようなことがなく、ガス分析計３０でガス分析するために十分な量の大気を同時に採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに採取することができる。また、例えば５０分という比較的長時間に亘って、各採気口１１ａ乃至１１ｄから大気を採取することにより、所謂乱流フラックスの影響を低減して、平均値に近い濃度を計測することができる。
【００５５】
さらに、ガス分析計３０でガス分析を行なう場合には、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに前もって十分な量の大気を採取しておき、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄから順次に第二のポンプ２３により、例えば、１０ｌｔｒ／分の高速でガス分析計３０に採取した大気を導入することができる。この吸引時間は１分である。このため、ガス分析計３０は、十分な量の採取大気を短時間に導入し、かつ、正確にガス分析を行なうことができる。
【００５６】
また、各採気バッグ１３ａ乃至１３ｄに大気を採取する間に、採気口１１ｅから第二のポンプ２３により高速で大気をガス分析計３０に導入することによって、待ち時間を有効利用して、ガス分析計３０により乱流フラックスの測定を、５０分の間連続的に行なうことができる。
【００５７】
本発明によれば、各採気口から大気を低速で採取することによって、採気口が積雪中あるいは土壌中に在る場合でも、確実に採気口付近の大気を採取することができると共に、各採気口からの大気が同時に採取されることにより、乱流フラックスが発生していても、正確に同一時点での大気を採取することができるので、微量気体濃度分布を正確に測定することが可能になる。
さらに、採気バッグへの大気の採取の間の待ち時間を利用して、乱流測定用の採気口から高速で大気を吸引してガス分析計に送出することにより、ガス分析計が乱流測定用の採気口から大気を連続的に分析して、当該乱流測定用の採気口付近の乱流フラックスを測定することが可能になる。
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、ただ一つのガス分析計を使用して、複数の高度でそれぞれ同時に採取したガスを分析して、微量気体濃度分布を測定すると共に、好ましくは乱流フラックスを測定することができるようにした、気体濃度分布測定装置が提供されることになる。
【００５８】
次に、本発明の気体濃度分布測定装置の変形例について説明する。
図２は本発明による気体濃度分布測定装置の変形例の構成を示すブロック図である。
気体濃度分布測定装置２０が、図１に示した気体濃度分布測定装置１０と異なるのは、乱流測定用の採気口１１ｅに、さらに、風速計４０を備えていることである。この風速計は、採気口１１ｅ付近の大気の風速を測定し、測定データを制御部３１に送出する。さらに、採気口１１ａ乃至１１ｅの気温を測定するための温度計が設けられて、制御部３１に送出されてもよい。
本発明の気体濃度分布測定装置２０によれば、気体濃度分布測定装置１０の機能を有すると共に、さらに、採気口付近の大気の風速や温度の測定が可能となる。
【実施例】
【００５９】
本発明による気体濃度分布測定装置を、北海道大学北方生物圏フィールド科学センター・雨竜研究林の林内に設置した。
大気の採気口１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ及び乱流測定用の採気口１１ｅは、それぞれ、高度０ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，１０ｍにて開口するように配置し、採取した大気のＣＯ2 濃度と、Ｈ2 Ｏ濃度と、乱流フラックスなどの測定を行った。この際、採気バッグ１３ａ乃至１３ｄは、１０ｌｔｒの大気を採取できるものを使用し、大気を吸引する第一のポンプ１８ａ乃至１８ｄの吸引速度は０．２ｌｔｒ／分であり、１回の大気採取時間は５０分とした。また、第二のポンプ２３の吸引速度は１０ｌｔｒ／分であった。そして、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏの濃度測定には、ガス分析計として、赤外分光計（ＬＩ−ＣＯＲ社製、モデルＬＩ−６２６２）を使用した。
【００６０】
図３は、実施例における気体濃度分布測定装置１０により測定された各種測定値の時間変化を示すグラフである。測定時間は、１回の大気採取、すなわち、５０分の大気採取で行った。
図３において、（Ａ）は水平方向の乱流フラックス（ｍ／ｓ），（Ｂ）は鉛直方向の乱流フラックス（ｍ／ｓ），（Ｃ）は気温（℃），（Ｄ）は高さ４ｍにおけるＣＯ2 濃度（μｍｏｌ／ｍｏｌ），そして（Ｅ）は高さ４ｍにおけるＨ2 Ｏ濃度（μｍｏｌ／ｍｏｌ）をそれぞれ示し、横軸は時間を示している。
図から明らかなように、乱流フラックスが連続的に測定されていることが分かる。また、高さ４ｍにおけるＣＯ2 濃度及びＨ2 Ｏ濃度が、それぞれ、約３８０〜３９５μｍｏｌ／ｍｏｌ、１０．１〜１１．２μｍｏｌ／ｍｏｌ程度の量であることが分かる。
【００６１】
図４は、実施例における気体濃度分布測定装置１０により測定されたＣＯ2 の高さ方向の濃度分布を示すグラフである。図において、横軸はＣＯ2 濃度（μｍｏｌ／ｍｏｌ）を示し、縦軸は地面からの高度（ｍ）を示している。ここで、ＣＯ2 濃度は、図２の測定における５０分で採取した大気１０ｌｔｒの平均値である。
図４から明らかなように、高さ０ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍのＣＯ2 濃度は、それぞれが、４２０μｍｏｌ／ｍｏｌ、４１６μｍｏｌ／ｍｏｌ、３９７μｍｏｌ／ｍｏｌ、３８５μｍｏｌ／ｍｏｌ程度であることと、地上から離れるに従い、ＣＯ2 濃度が減少する傾向があることが分かる。
【００６２】
上記実施例の結果から、本発明の気体濃度分布測定装置によれば、簡単な構成により、ただ一つのガス分析計を使用して、複数の高度でそれぞれ同時に採取した大気を分析して、微量なＣＯ2 及びＨ2 Ｏなどの気体濃度分布を測定できる共に、乱流フラックスを測定することができた。
【００６３】
本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。上述した実施形態においては、採気バッグ１３ａ乃至１３ｄは、それぞれ例えば医療用のテドラーバッグを使用しているが、これに限らず、気密的に気体を収容できる容器であれば、任意の形式のバッグを使用することが可能である。
また、上述した実施形態においては、各採気口１１ａ乃至１１ｅは、それぞれ０ｍ，２ｍ，３ｍ，４ｍ，１０ｍの高さに配置されているが、これに限らず、互いに異なる任意の位置に配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明による気体濃度分布測定装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による気体濃度分布測定装置の変形例の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例における気体濃度分布測定装置により測定された各種測定値の時間変化を示すグラフである。
【図４】実施例における気体濃度分布測定装置により測定されたＣＯ2 の高さ方向の濃度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６５】
５：大気採気部
１０：気体濃度分布測定装置
１１：採気口
１１ａ乃至１１ｄ：大気の採気口
１１ｅ：乱流測定用の採気口
１２ａ乃至１２ｅ：採気管
１３ａ乃至１３ｄ：採気バッグ
１４ａ乃至１４ｅ：吸引管
１５，２５：三方弁
１６：送出管
１７ａ乃至１７ｅ：フィルタ
１８ａ乃至１８ｄ：第一のポンプ（低速）
１９ａ乃至１９ｅ：流量調整バルブ
２０ａ乃至２０ｄ：第一のバルブ（三方弁）
２１ａ乃至２１ｄ：流量計
２２ａ乃至２２ｄ：第二のバルブ（二方弁）
２２ｅ：流量調整バルブ
２３：第二のポンプ（高速）
２４，２６：流量計
２７ａ，２７ｂ：二方弁
３０：ガス分析計
３１：制御部
３２，３３：標準ガス
４０：風速計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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