(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＥＡ法による赤外線ガス分析計を用いたガスフラックス測定に際し、精度の高い測定結果を得ることができる平均化処理を採用したガスフラックス測定装置を提供する。【解決手段】ＲＥＡ法でガスフラックス測定を行う際に、上向き気流、下向き気流の各リザーバ１３Ａ〜１３Ｄから送出された測定対象ガス濃度を計測する赤外線ガス分析計１２と、測定対象ガス濃度の原時系列データとして蓄積するデータ採取部５３と、原時系列データに対し、各時間ブロック内で移動平均処理を行って高周波側のノイズを除去した移動平均化時系列データを作成する移動平均部と、移動平均化時系列データに対し、時間ブロックごとに平均処理を行って低周波側のノイズを除去したブロック平均化時系列データを作成するブロック平均部５５と、ブロック平均化時系列データに基づいてガスフラックスを算出するガスフラックス算出部とを備える。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向の風速および風向を計測する風速計と、
上向き気流用リザーバ、および、下向き気流用リザーバと、
大気を採取するガス採取口が前記風速計近傍に設置され、採取期間中の風向の変化に応じて、前記ガス採取口から上向き気流は上向き気流用リザーバに、下向き気流は下向き気流用リザーバにそれぞれ別々に吸引採取し、試料ガスとして溜め込む試料ガス採取部と、
採取期間経過後に、上向き気流用リザーバと下向き気流用リザーバとにそれぞれ溜め込まれた試料ガスを予め設定した時間ブロック単位で交互に少なくとも２回ずつ、かつ、予め設定した流量で送出する試料ガス送出部と、
前記各リザーバから送出された試料ガス中の測定対象ガス濃度を時々刻々計測する赤外線ガス分析計と、
計測された測定対象ガス濃度のデータ群を原時系列データとして蓄積するデータ採取部と、
前記原時系列データに対し、各時間ブロック内で移動平均処理を行って高周波側のノイズを除去した移動平均化時系列データを作成する移動平均部と、
前記移動平均化時系列データに対し、時間ブロックごとに平均処理を行って低周波側のノイズを除去したブロック平均化時系列データを作成するブロック平均部と、
前記ブロック平均化時系列データに基づいてガスフラックスを算出するガスフラックス算出部とを備えたことを特徴とするガスフラックス測定装置。
【請求項２】
赤外線ガス分析計は、クローズドパス型である請求項１に記載のガスフラックス測定装置。
【請求項３】
赤外線ガス分析計が計測データを出力する時間間隔が０．５秒〜２秒である請求項１または請求項２のいずれかに記載のガスフラックス測定装置。
【請求項４】
１つの時間ブロックの長さが９０秒〜１２５秒である請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガスフラックス測定装置。
【請求項５】
移動平均処理は、原時系列データにおける各計測点に対し、直前の５秒〜１０秒の間に計測された計測点について行う請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガスフラックス測定装置。
【請求項６】
上向き気流用リザーバと下向き気流用リザーバとからなるリザーバ対が２セット用意され、
試料ガス送出部が一方のリザーバ対から試料ガスを送出する際に、試料ガス採取部が他方のリザーバ対に対し試料ガスを溜め込むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガスフラックス測定装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、大気中に含まれる炭酸ガス（ＣＯ２）等の微量ガスのガスフラックス測定を行うガスフラックス測定装置に関し、さらに詳細には簡易渦集法（ＲＥＡ法）を利用したガスフラックス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題を背景にして、温室効果ガスとして知られるＣＯ２を地球規模で削減する取り組みがなされている。このような取り組みにおいては、ＣＯ２の吸収量や放出量を測定するために、ＣＯ２フラックス（単位時間あたりのＣＯ２の交換量）の観測が必要になる。例えば、森林等の植生は、光合成により大気中のＣＯ２を吸収することからＣＯ２の削減方法の一つとして期待されているが、森林によるＣＯ２吸収量を調べるには、森林の上層における鉛直方向のＣＯ２フラックスを長期間連続して測定する必要があり、そのような観測に適した観測手法が求められている。
【０００３】
一般に、野外でのガスフラックス測定方法としては、渦相関法（eddy covariance method、以下、ＥＣ法という）による測定が知られている。ＥＣ法は、鉛直方向の風速の変動、および、ＣＯ２密度変動の共分散の平均値からＣＯ２フラックスを直接的に測定する方法である。
【０００４】
ＥＣ法で測定を行うには、応答速度が速く、高い測定精度のガス分析計が必要になる。そのため、ガス分析計にはオープンパス型の赤外線ガス分析計が使用される。例えば、ＬＩ−ＣＯＲ社製の赤外線ガス分析計ＬＩ−７５００が利用できるが、非常に高価な赤外線ガス分析計を用いることになる。
【０００５】
このように、ＥＣ法による測定は、ガスフラックスの直接的な測定ができるという点で好ましいが、高価な赤外線ガス分析計が必要になる。その上、オープンパス型の赤外線ガス分析計は雨や水蒸気の影響を受けやすく、降雨時等での測定では正確な測定が困難になる。
【０００６】
そこで、ＥＣ法を補完するＣＯ２フラックス測定方法、あるいは、ＥＣ法に代用されるＣＯ２フラックス測定方法として、応答速度がさほど速くない赤外線ガス分析計（例えばクローズドパス型の赤外線ガス分析計）を使用することでもフラックス測定が可能な簡易渦集積法（relaxed eddy accumulation method、以下、ＲＥＡ法という）が実用されている。
【０００７】
ＲＥＡ法では、予め、上向き気流採取用と下向き気流採取用との２種類のリザーバが用意される。そして、ＥＣ法と同様に応答速度の速い風速計（例えば超音波風速計）で鉛直方向の風向および風速を測定し、時々刻々変化する風向（上向きか下向きか）に応じて、その都度、上向き気流用と下向き気流用とのリザーバを切り替え、大気を別々に採取する。その後、それぞれのリザーバに採取された試料ガスを取り出して、赤外線ガス分析計（クローズドパス式赤外線ガス分析計でよい）にて試料ガスを分析することで、測定対象ガスの濃度（例えばＣＯ２濃度）を算出し、ガスフラックスを測定する。
【０００８】
この場合は、時々刻々変化する大気中の測定対象ガスの濃度を直接測定するのではなく、予め設定した長さの採取期間中に採取した測定対象ガス（ＣＯ２）の平均濃度を測定することになるので、赤外線ガス分析計の応答速度は遅くてもよい。したがって、高速応答性の赤外線ガス分析計を用いる必要がなくなる。具体的には、例えばＬＩ−ＣＯＲ社製の赤外線ガス分析計ＬＩ−８４０（クローズドパス型）を利用することで観測できるようになる。
【０００９】
一般に、ＲＥＡ法でのガスフラックスＦｃは、次式（１）を用いて算出する。
Ｆｃ＝（ｗ’ｃ’）ave＝ｂρｃσｗ（Ｃｕｐ−Ｃｄｏｗｎ）          （１）
ここで、ｗ’は平均風速からの偏差
ｃ’は対象ガス（ＣＯ２）の空気中での密度平均からの偏差
（ｗ’ｃ’）aveは（ｗ’ｃ’）の平均（即ち風速とＣＯ２密度の共分散）
ｂは実験係数（渦相関法の実験結果等から算出）
ρｃは対象ガスの密度（既知の値）
σｗは風速鉛直成分の標準偏差
Ｃｕｐは上向き気流の対象ガス濃度平均
Ｃｄｏｗｎは下向き気流の対象ガス濃度気体密度平均
【００１０】
上記（１）式において、実験係数ｂは、ＥＣ法による顕熱フラックス測定と上向き気流および下向き気流の平均温度とにより、予め実験的に決定されている。対象ガス（ＣＯ２）の密度ρｃは既知の値である。風速鉛直成分の標準偏差σｗは、超音波風速計の計測結果から算出する。上向き気流、下向き気流のガス密度平均Ｃｕｐ，Ｃｄｏｗｎは、リザーバに採取した対象ガス濃度（ＣＯ２濃度）をガス分析計で計測し、その計測結果から算出する。
【００１１】
したがって、ＲＥＡ法を用いたガスフラックス測定装置には、時々刻々変化する鉛直方向の風速および風向を、高速で計測できる風速計（超音波風速計）と、上向き気流、下向き気流を別々のリザーバ（エアバッグ等）に採取するサンプリング部と、リザーバに採取した試料ガス中の対象ガス（ＣＯ２等）の濃度を計測するガス分析計とを備えている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２６１８９１号公報
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
既述のように、ＲＥＡ法では、上向き気流用と下向き気流用とからなる一対のリザーバを用いて、予め設定した採取期間の間に試料ガスを採取し、その後、それぞれのリザーバに溜め込んだ試料ガスを赤外線ガス分析計に導いて濃度計測を行う。したがって一つの採取期間に対応して一つの測定データが得られる。
【００１３】
ＣＯ２フラックスの測定を行う場合、通常、３０分〜６０分程度の測定間隔で測定データを得るようにしている。その際、一対のリザーバに試料ガスを採取する採取期間は、３０分程度を単位として行うようにしている。
【００１４】
例えば、６０分間隔で１つの測定データを得るときは、一対のリザーバをサンプリング部に取り付け、最初の３０分をかけて試料ガスを採取する。その後、採取を終え、試料ガスが溜め込まれたリザーバから赤外線ガス分析計に試料ガスを送出する流路を開いて、残りの３０分の間に、採取した試料ガスの濃度計測を行うとともに、リザーバ内のガスを全て排出する。
【００１５】
３０分間隔で連続して測定データを得るときは、二対のリザーバ（上向き気流用２つ、下向き気流用２つ）をサンプリング部に取り付け、３０分ずつ交代でいずれかのリザーバ対（上向き気流用１つ、下向き気流用１つ）に試料ガスを採取する。第一のリザーバ対に試料ガスを採取しているときは、並行して第二のリザーバ対から赤外線ガス分析計に試料ガスを流して濃度測定を行い、３０分経過すると採取側と分析側とを切り替え、第一のリザーバの対からの試料ガスにて濃度測定を行うとともに、並行して第二のリザーバ対では試料ガスを採取するようにする。
【００１６】
ところで３０分間かけて採取した試料ガスは、通常、１つのリザーバ内に１０Ｌくらい溜め込まれる。各リザーバに蓄積されたガスについて、赤外線ガス分析計にて例えば１秒間隔で複数回の計測を行って複数の出力データを取得し、これらの平均処理を行うことにより、１つのリザーバに対応する１つのＣＯ２濃度の計測データを得ることになるが、このときの平均処理をどのようにすれば計測精度が高まるかが問題になる。
【００１７】
例えばＬｉ−ｃｏｒ社製の赤外線ガス分析計（ＬＩ−８４０）では、１秒間隔（１Ｈｚ）で計測信号を出力することができる。試料ガスを１Ｌ／ｍｉｎでガス分析計に供給した場合には、リザーバ内に１０Ｌの試料ガスが蓄積されているとすると、最大１０分間連続して計測できるので、最大で６００点の計測信号を得ることができる。この場合、６００個の計測点全ての単純平均値を、当該リザーバに貯められた試料ガスのＣＯ２濃度平均として決定することもできる。すなわち、統計学的な観点からすると、計測点数を多くするほど平均値の精度が高まる傾向があり、全ての計測点の単純平均値をとる方法が適切であるとも考えられる。
【００１８】
しかしながら、赤外線ガス分析計によるＣＯ２濃度の計測においては、多数の出力データ（生の計測データ）を単純平均することにより得られたＣＯ２濃度が必ずしも妥当でないことが実験的に判明した。すなわち、赤外線ガス分析計により計測されるＣＯ２濃度の出力データには赤外線ガス分析計に起因する高周波ノイズおよび低周波ノイズが含まれており（ノイズの詳細は後述する）、これらノイズを含んだ出力データに基づいて、単純平均により算出されたガスフラックス測定では、高い精度を得ることができなかった。
【００１９】
そこで、本考案は、ＲＥＡ法によるガスフラックス測定に際し、赤外線ガス分析計からの出力データの特性を検討し、精度の高い測定結果を得ることができる平均処理を採用したガスフラックス測定装置を提供することを目的とする。
また、本考案は、安価である反面、セル内に測定対象ガスを送り込んで測定する構造から、高速応答性が得られないクローズドパス型の赤外線ガス分析計を用いた場合でも、オープンパス型の赤外線ガス分析計で得られるガスフラックス測定の結果と同等レベルの精度での測定が行えるガスフラックス測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するためになされた本考案のガスフラックス測定装置は、鉛直方向の風速および風向を計測する風速計と、上向き気流用リザーバ、および、下向き気流用リザーバと、大気を採取するガス採取口が前記風速計近傍に設置され、採取期間中の風向の変化に応じて、ガス採取口から上向き気流は上向き気流用リザーバに、下向き気流は下向き気流用リザーバにそれぞれ別々に吸引採取し、試料ガスとして溜め込む試料ガス採取部と、採取期間経過後に、上向き気流用リザーバと下向き気流用リザーバとにそれぞれ溜め込まれた試料ガスを予め設定した時間ブロック単位で交互に少なくとも２回ずつ、かつ、予め設定した流量で送出する試料ガス送出部と、各リザーバから送出された試料ガス中の測定対象ガス濃度を時々刻々計測する赤外線ガス分析計と、計測された測定対象ガス濃度のデータ群を原時系列データとして蓄積するデータ採取部と、原時系列データに対し、各時間ブロック内で移動平均処理を行って高周波側のノイズを除去した移動平均化時系列データを作成する移動平均部と、移動平均化時系列データに対し、時間ブロックごとに平均処理を行って低周波側のノイズを除去したブロック平均化時系列データを作成するブロック平均部と、ブロック平均化時系列データに基づいてガスフラックスを算出するガスフラックス算出部とを備えるようにしている。
【００２１】
ここで、赤外線ガス分析計は、オープンパス型に比べて応答速度が遅くなるクローズドパス型であってもよい。
赤外線ガス分析計が計測データを出力する時間間隔は１秒程度が好ましいが、０．５秒〜２秒であってもよい。
１つの時間ブロックの長さは９０秒〜１２５秒であればよい。１２５秒以下にすることにより、低周波ノイズを抑えることができ、９０秒以上にすることで精度を十分に維持することができる。
移動平均処理は、原時系列データにおける各計測点に対し、直前の５秒〜１０秒の間に計測された計測点について行うのが好ましい。
また、上向き気流用リザーバと下向き気流用リザーバとからなるリザーバ対が２セット用意され、試料ガス送出部が一方のリザーバ対から試料ガスを送出する際に、試料ガス採取部が他方のリザーバ対に対し試料ガスを溜め込むようにしてもよい。
【００２２】
本考案では、ＲＥＡ法によるガスフラックス測定を行うため、上記（１）式によりガスフラックスを算出するが、（１）式における風速鉛直成分の標準偏差σｗと、上向き気流、下向き気流のガス密度平均Ｃｕｐ，Ｃｄｏｗｎとを計測により求める。
このうち、風速鉛直成分の標準偏差σｗについては、従来方法と同様に、風速計による鉛直成分の測定データに基づいて算出される。
一方、上向き気流、下向き気流のガス密度平均Ｃｕｐ，Ｃｄｏｗｎについては、赤外線ガス分析計による計測で得た測定対象ガス濃度の原時系列データに対し、以下の平均化処理を行って求める。まず、移動平均部が時間ブロック単位内で移動平均処理を行う。これにより、高周波側のノイズを除去した移動平均化時系列データを作成する。
続いて、ブロック平均部による移動平均化時系列データに対し、時間ブロックごとに平均処理（単純平均）を行う。これにより、低周波側のノイズ（ドリフトノイズ）を除去したブロック平均化時系列データを作成する。その結果、高周波側ノイズと低周波側ノイズとが除去された時系列データが得られるので、これを用いたガス密度平均Ｃｕｐ，Ｃｄｏｗｎを算出し、さらにはガスフラックスＦｃの算出を行う。
【考案の効果】
【００２３】
本考案によれば、赤外線ガス分析計に起因して生じている高周波側ノイズと低周波側ノイズとが除去された時系列データに基づいて、ガス密度平均Ｃｕｐ，Ｃｄｏｗｎ、ガスフラックスＦｃが算出されるので、精度の高い観測結果を得ることができる。
また、本考案によれば、高速応答性が得られないクローズドパス型の赤外線ガス分析計を用いて、オープンパス型の赤外線ガス分析計で得られるガスフラックス測定の結果と同等レベルの精度での測定結果が得られる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本考案の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本考案は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれることはいうまでもない。
【００２５】
＜赤外線ガス分析計によるＣＯ２濃度計測のノイズと平均化処理＞
最初に、赤外線ガス分析計の出力データ（平均処理を行わない生の計測データ）に含まれるノイズについて説明するとともに、移動平均、ブロック平均によるノイズ除去について説明する。
赤外線ガス分析計として、Ｌｉ−ＣＯＲ社製ＬＩ−８４０（クローズドパス型）を用い、ＣＯ２濃度が３５３．６ｐｐｍの標準ガスをガス分析計のセル内に流し、測定間隔を１秒（１Ｈｚ）にして数時間にわたり連続測定した。
【００２６】
図４は赤外線ガス分析計により得られたＣＯ２濃度の出力データのスペクトル分布である。また、図５は赤外線ガス分析計によるＣＯ２濃度の出力データ、および、移動平均処理、ブロック平均処理の影響を示す図である。
【００２７】
図４に示されるように、高周波側と低周波側とにノイズが含まれているため、左右両側のスペクトル強度が増大している。すなわち、０．０５Ｈｚよりも高周波側では周波数が大きくなるにつれノイズの振幅が大きくなる（白丸データ）。また、０．００７Ｈｚよりも低周波側では周波数が小さくなるにつれノイズの振幅が大きくなる。
【００２８】
ここで、移動平均処理による影響について説明する。移動平均処理を行わないとき、スペクトル分布には０．１Ｈｚにおいて０．６ｐｐｍのふらつきが見られている。一方、５秒間の移動平均（現在の計測点とその直前５秒間の計測点との平均）、１０秒間の移動平均（現在の計測点とその直前１０秒間の計測点との平均）をとることにより、０．１Ｈｚでは０．０８ｐｐｍ、０．０４ｐｐｍにまでふらつきが軽減される。すなわち、移動平均処理により高周波側のノイズを除去できることがわかる。
【００２９】
一方、赤外線ガス分析計は、０．００８Ｈｚ（すなわち１２５秒周期）よりも低い周波数範囲で低周波ノイズが含まれるようになる。低周波ノイズは周波数が小さくなるにつれて０．５８ｐｐｍから５．００ｐｐｍまでふらつき幅が増大している。このことから、１２５秒よりも長期間にわたる平均化処理を行うと、低周波ノイズの影響を強く受けることになる。したがって、１２５秒以下の短い期間で計測を区切るようにした時間ブロック化を行い、１つの時間ブロック内の計測点でブロック平均を算出することにより、低周波ノイズが含まれない平均化処理を行うことができる。
【００３０】
図５（ａ）は、赤外線ガス分析計の出力データ（生の計測データ）に対する移動平均の影響を調べるため、移動平均を行わないときと、各計測点について直前５秒間の移動平均処理を行ったときと、各計測点について直前１０秒間の移動平均処理を行ったときとの３種類のデータをプロットした図である。移動平均時間を５秒、１０秒と延ばすにつれ、ふらつき幅が減少し、安定化している。これは、図４における高周波ノイズが除去されたことに対応する。なお、移動平均処理では低周波ノイズが除去できないため、時間が経過するにつれて計測データがドリフトする現象が見られる。
【００３１】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の３種類のデータに対し、さらに低周波ノイズを除去するため、それぞれを１２０秒の時間ブロックごと区切ってブロック平均処理を行ったときの偏差データをプロットした図である。標準偏差を算出すると、ブロック平均を行うが移動平均を行っていない場合は０．４９ｐｐｍ、ブロック平均とともに５秒間の移動平均を行っている場合は０．１７ｐｐｍ、ブロック平均とともに１０秒間の移動平均を行っている場合は０．１２ｐｐｍまで減少している。
【００３２】
一般に、ＣＯ２フラックス測定では、０．２０ｐｐｍの濃度差を測定できることが要求される。したがって、５秒間移動平均、より好ましくは１０秒間移動平均を行い、かつ、時間ブロック１２５秒以下(図４参照)でのブロック平均を行うようにして、高周波ノイズおよび低周波ノイズを除去するようにする。
なお、時間ブロックを１２５秒以下にしているので、１つの時間ブロックの計測点数は限られたものとなる。そこで、計測点数を増やすときは、上向き気流用リザーバに対する第一の時間ブロック、下向き気流用リザーバに対する第二の時間ブロック、上向き気流用リザーバに対する第三の時間ブロック、下向き気流用リザーバに対する第四の時間ブロックというように、上向き気流と下向き気流とを交互に送出して測定することにより、ドリフトの影響をキャンセルしつつ、計測点数を増やすようにする。すなわち、（１）式ではガス濃度については、上向きガス濃度平均と下向きガス濃度平均との差分である（Ｃｕｐ−Ｃｄｏｗｎ）を求めることになるが、ドリフト成分が含まれていても、時間ブロックごとに交互に測定することによりドリフト成分がならされてキャンセルすることができる。
【００３３】
＜ガスフラックス測定装置＞
次に、本考案のガスフラックス測定装置について説明する。図１は本考案の一実施形態であるガスフラックス測定装置１の構成を示す図である。
ガスフラックス測定装置１は、測定系１０、および、これらを制御するとともに演算処理を行う制御系コンピュータ（制御部４０）とからなる。
【００３４】
まず、測定系１０について説明する。測定系１０は、主に風速計１１、赤外線ガス分析計１２、リザーバ１３Ａ〜１３Ｄからなる。
風速計１１には超音波風速計が用いられ、少なくとも鉛直方向の風速および風向（上向き、下向き）を高速（例えば１０Ｈｚ）で測定できるようにしてある。具体的には株式会社カイジョーソニック製三次元超音波風速計ＳＡＴ−５５０を使用している。
【００３５】
風速計１１の近傍には、上向き気流の大気を採取するためのガス採取口１４、下向き気流の大気を採取するためのガス採取口１５が設置してある。
ガス採取口１４はポンプ１６、フローコントローラ１７が設けられた吸引流路が接続され、上向き気流が発生しているときにポンプ１６を駆動して採取した大気を、リザーバ１３Ａ、１３Ｂに、試料ガスとして溜め込むことができるように接続してある。リザーバ１３Ａ、１３Ｂの入口には開閉バルブ１８、１９が設けてあり、バルブ制御によりリザーバ１３Ａ，１３Ｂのいずれに試料ガスを溜め込むかを切り替えることができるようにしてある。
【００３６】
ガス採取口１５はポンプ２１、フローコントローラ２２が設けられた吸引流路が接続され、下向き気流が発生しているときにポンプ２１を駆動して採取した大気を、リザーバ１３Ｃ、１３Ｄに、試料ガスとして溜め込むことができるようにしてある。リザーバ１３Ｃ、１３Ｄの入口には開閉バルブ２３、２４が設けてあり、バルブ制御によりリザーバ１３Ｃ，１３Ｄのいずれに試料ガスを溜め込むかを切り替えることができるようにしてある。
【００３７】
各リザーバ１３Ａ〜１３Ｄには、入口とは別に出口が設けられ、それぞれの出口に開閉バルブ２５、２６、２７、２８が設けられるとともに、ポンプ２９、フローコントローラ３０が接続された排出流路が接続される。排出流路の後段には赤外線ガス分析計１２が接続してあり、バルブ制御により選択されたリザーバ１３Ａ〜１３Ｄの一つから試料ガスを送出して、赤外線ガス分析計で測定可能な微量気体（ＣＯ２、メタン等）の濃度分析を行うようにしてある。本実施形態では、大気中のＣＯ２濃度を測定するものとして以後の説明を行うこととする。
【００３８】
赤外線ガス分析計１２には、上述したクローズドパス型の赤外線ガス分析計（ＬＩ−ＣＯＲ社製赤外線ガス分析計ＬＩ−８４０）を使用する。ＲＥＡ法での測定では採取期間の平均ガス濃度を１点計測できればよいので、応答速度が速い高価な赤外線ガス分析計を用いる必要はない。
【００３９】
次に、制御部４０について説明する。制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含む制御部本体と、制御部本体に接続される大容量の外部メモリ４２、表示装置４３、入力装置４４とからなり、装置全体の制御を行うとともに、測定系１０から取得した計測データの演算処理を行う。本考案に関係して実行される各処理を説明するため、制御部４０を機能ブロックごとに分けて説明すると、制御部４０は、試料ガス採取部５１、試料ガス送出部５２、データ採取部５３、移動平均部５４、ブロック平均部５５とを備えている。
【００４０】
試料ガス採取部５１は、風速計１１による風向の計測結果に応じてポンプ１６、２１のいずれかを作動し、上向き気流が発生しているときはガス採取口１４から採取した上向き気流をリザーバ１３Ａまたは１３Ｂに溜め込み、下向き気流が発生しているときはガス採取口１５から採取した下向き気流をリザーバ１３Ｃまたは１３Ｄに溜め込む。
【００４１】
なお、予め設定した風速・風向の判定基準に基づいて、現在の風速・風向が上向き気流か下向き気流かを判定することになるが、判定基準値を風速「０」とするのではなく、例えば直前１５分の風速・風向の移動平均値を判定基準値として設定し、この基準に基づいて上向き気流か下向き気流かを判定するようにしている。これにより、上向き気流と下向き気流との採取量の偏りを小さくするようにしている。
【００４２】
４つのリザーバ１３Ａ〜１３Ｄは、リザーバ１３Ａとリザーバ１３Ｃとが第一の対（第一リザーバ対）、リザーバ１３Ｂとリザーバ１３Ｄとが第二の対（第二リザーバ対）を形成するようにしてあり、第一リザーバ対へ試料ガスを採取する採取期間（３０分）と、第二リザーバ対へ試料ガスを採取する採取期間（３０分）とを、交互に切り替える処理を繰り返すようにしてある。したがって、３０分ずつ交代で、第一リザーバ対と第二リザーバ対とに試料ガスが蓄積される。
【００４３】
試料ガス送出部５２は、第一リザーバ対または第二リザーバ対の採取期間経過後に、当該第一リザーバ対（１３Ａ＋１３Ｃ）または第二リザーバ対（１３Ｂ＋１３Ｄ）に溜め込まれた試料ガスを、予め設定した時間ブロック単位（例えば１２０秒）で、交互に少なくとも２回ずつ、かつ、予め設定した流量で送出する制御を行う。すなわち、上向き気流の送出と下向き気流の送出とを時間ブロック単位で交互に行い、長期間連続して上向き気流または下向き気流の計測が行われないようにする。
【００４４】
データ採取部５３は、赤外線ガス分析計により、１秒間隔（１Ｈｚ）で時々刻々計測された測定対象ガス濃度の出力データ群を、原時系列データとして外部メモリ４２に蓄積する制御を行う。蓄積された原時系列データは、必要に応じてＲＡＭにロードされ、後述する平均化の演算が行われる。
【００４５】
移動平均部５４は、原時系列データに対し、各時間ブロック内で移動平均処理を行って高周波側のノイズを除去した移動平均化時系列データを作成する演算を行う。例えば、１つの時間ブロックを１２０秒とし、１つのブロック内に含まれる１２０点の計測点のそれぞれについて、当該計測点とその直前の１０秒以内の計測点（計１０点）による移動平均を算出する。このうち１ブロックの最初の１０秒間に含まれる計測点の移動平均は、当該時間ブロック外のデータが含まれることになるので除外する。したがって、残り１１０秒間の計測点それぞれについて１０秒間の移動平均を行った計測データ（データ数１１０個）を移動平均化時系列データとする。
【００４６】
ブロック平均部５５は、移動平均化時系列データに対し、時間ブロック単位で平均処理（単純平均）を行うことにより、低周波側ノイズを除去したブロック平均化データを作成する演算を行う。すなわち、１つの時間ブロック内の移動平均化時系列データ（例えば上述した１１０秒間の移動平均化時系列データ）に対して平均処理（単純平均）を行って、ブロックごとに１つの計測データを算出する。なお、必ずしもブロック内の移動平均化時系列データのすべてを用いて平均処理を行う必要はなく、一部（例えば１１０秒の移動平均化時系列データのうち後半の６０秒の移動平均化時系列データ）だけでブロック平均処理を行うようにしてもよい。そして、この演算を時間ブロックごとに行い、各時間ブロックから１つのデータを算出し、これらによりブロック平均化時系列データを作成する。
【００４７】
ガスフラックス算出部５５は、作成されたブロック平均化時系列データに基づいて上向きガス濃度平均Ｃｕｐと、下向きガス濃度平均Ｃｄｏｗｎとを算出し、これらの差分である（Ｃｕｐ−Ｃｄｏｗｎ）、および、風速鉛直成分の標準偏差σｗを（１）式に代入し、ガスフラックスを算出する演算を行う。上向きガス濃度平均Ｃｕｐと、下向きガス濃度平均Ｃｄｏｗｎとは、上向き気流の時間ブロックのブロック平均化データどうし、下向き気流の時間ブロックのブロック平均化データどうしを単純平均することにより算出する。
【００４８】
＜測定動作＞
次に、ガスフラックス測定装置１による試料ガスの採取動作と計測動作とについて説明する。
図２は各リザーバ１３Ａ〜１３Ｄに試料ガスを溜め込む採取期間および各リザーバ１３Ａ〜１３Ｄに溜め込まれた試料ガスを計測する計測期間のタイムチャートである。
【００４９】
図２に示されるように、第一リザーバ対（１３Ａ＋１３Ｃ）と第二リザーバ対（１３Ｂ＋１３Ｄ）とは、交互に計測期間と採取期間とが切り替わり、一方が計測期間のとき他方が採取期間になる。一回の採取期間および計測期間の長さは、３０分に設定してある。
【００５０】
図２の前半の３０分は、第二リザーバ対（１３Ｂ＋１３Ｄ）が採取期間となり、第一リザーバ対（１３Ａ＋１３Ｃ）が計測期間となっている。
この期間中にリザーバ１３Ｂおよびリザーバ１３Ｄは、風速計１１の測定結果にもとづいて、上向き気流が発生したときはポンプ１６が駆動され、リザーバ１３Ｂが大気を採取する。また、下向き気流が発生したときはポンプ２１が駆動され、リザーバ１３Ｄが大気を採取する。この動作が３０分間継続され、その間に各リザーバには１０Ｌ程度の大気が試料ガスとして蓄積される。なお、蓄積される試料ガス量が上記範囲から外れるときは、フローコントローラ１７、２２で予め調整することができる。（後述するように、１つの時間ブロックを２分として、３回の時間ブロックの計測を行う場合は、計６分間送出し続けるガス量が最低限蓄積できるように調整することが必要になる。）
【００５１】
一方、計測期間となるリザーバ１３Ａとリザーバ１３Ｃからは、試料ガスが送出され、赤外線ガス分析計に送り込まれる。このときのタイムチャートについて説明する。
計測期間が始まると、ポンプ２９を駆動し、フローコントローラで流量を一定に制御し（例えば１Ｌ／ｍｉｎ）、最初の１分間は、バルブ２５とバルブ２７を開き、リザーバ１３Ａとリザーバ１３Ｃとの双方から試料ガスを送出して排出流路内に残留するガスをパージする。
１分経過すると、続いて、バルブ２７を閉じてバルブ２５を開き、第一の時間ブロックＡ１（２分間）の期間中、リザーバ１３Ａから試料ガスを送出し、赤外線ガス分析計１２による濃度計測を行う。
２分経過すると、続いて、バルブ２５を閉じて、バルブ２７を開き、第二の時間ブロックＣ１(２分間)の期間中、リザーバ１３Ｃから試料ガスを送出し、赤外線ガス分析計１２による濃度計測を行う。
２分経過すると、再び、バルブ２７を閉じてバルブ２５を開き、第三の時間ブロックＡ２（２分間）の期間中、リザーバ１３Ａから試料ガスを送出し、赤外線ガス分析計１２による濃度計測を行う。
以下同様に２分ずつ交互にリザーバ１３Ａとリザーバ１３Ｃとから試料ガスを送出し、各リザーバについて３回ずつ計６回の時間ブロックについて濃度計測を行う。
【００５２】
以上の計測動作を終えると、バルブ２５およびバルブ２７を開いて、リザーバ１３Ａおよびリザーバ１３Ｃ内に残留する試料ガスを全て排出する。このようにして、３０分経過するまでの残り１７分間で、リザーバ１３Ａ、１３Ｃ内を空にする。
【００５３】
３０分経過して、図２の後半の３０分に入ると、第二リザーバ対（１３Ｂ＋１３Ｄ）が計測期間となり、第一リザーバ対（１３Ａ＋１３Ｃ）が採取期間となり、切り替わった状態で同様の動作を繰り返す。以後、３０分経過するごとに、第一リザーバ対と第二リザーバ対とは交互に計測期間と採取期間とが切り替わることにより、連続して測定が行われる。
【００５４】
次に、計測期間に実行される平均化処理について説明する。図３は計測期間中に行われる平均化処理を説明するための図である。
図２の前半の３０分において、第一の時間ブロックＡ１（２分）が始まると、赤外線ガス分析計は１Ｈｚ（１秒周期）でＣＯ２濃度の生の計測データを出力する。この出力データそれぞれに対し、直前の１０秒間のデータ（計１０点）を移動平均した移動平均化データが算出される。
【００５５】
第一の時間ブロックＡ１内に出力された１２０点の移動平均化データをＡ１（０）、Ａ１（１）、・・・・、Ａ１（１１９）とする。最初の１０秒間に測定されたＡ１（０）〜Ａ１（９）までの１０個のデータは、時間ブロックＡ１が始まる前のデータを含めて移動平均が行われているので、これら１０個のデータは時間ブロックＡ１のデータから廃棄され、Ａ１（１０）〜Ａ１（１１９）までの残り１１０個のデータが時間ブロックＡ１内の移動平均化データとなる。したがって、これら１１０個のデータが移動平均化時系列データとして、以降のブロック平均の演算に利用することができる。
なお、本実施形態では１１０個のデータをすべて利用するのではなく、時間ブロックＡ１内の後半６０秒間（移動平均１０秒を加えると実測区間は７０秒）の出力データＡ１（６０）〜Ａ１（１１９）について（図中黒丸で示すデータ）、以後の平均化処理に利用するようにしている。
【００５６】
続いて、出力データＡ１（６０）〜Ａ１（１１９）の６０点のデータに基づいて平均（単純平均）を計算し、得られた平均値を時間ブロックＡ１についてのブロック平均データ＜Ａ１＞とする。
続いて、同様の手順で第二の時間ブロックＣ１についてもブロック平均データ＜Ｃ１＞を算出し、以後、ブロック平均データ＜Ａ２＞、＜Ｃ２＞、＜Ａ３＞、＜Ｃ３＞を順次算出する。
そして、＜Ａ１＞〜＜Ａ３＞の平均を上向き気流のガス濃度平均Ｃｕｐ、＜Ｃ１＞〜＜Ｃ３＞の平均を下向き気流のガス濃度平均Ｃｄｏｗｎとして算出する。
【００５７】
このようにすることで、リザーバ１３Ａのブロック平均データとリザーバ１３Ｃのブロック平均データとが交互に得られるので、赤外線ガス分析計の出力データにドリフト成分が含まれていたとしても、平均化によってほぼキャンセルされることになる。
【００５８】
そして、算出したガス濃度平均Ｃｕｐ、Ｃｄｏｗｎと風速鉛直成分の標準偏差σｗとを（１）式に代入することにより、精度の高いＣＯ２フラックスを算出することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、移動平均部５４を制御部４０に設けたが、赤外線ガス分析計にデータ採取部５３および移動平均部５４を設け、制御部４０には移動平均化時系列データとして出力するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本考案は、森林のＣＯ２フラックス測定等に用いるガスフラックス測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本考案の一実施形態であるガスフラックス測定装置の構成を示す図。
【図２】各リザーバに試料ガスを溜め込む採取期間および各リザーバに溜め込まれた試料ガスを計測する計測期間のタイムチャート。
【図３】計測期間中に行われる平均化処理を説明するための図。
【図４】赤外線ガス分析計により得られたＣＯ２濃度測定データのスペクトル分布図。
【図５】赤外線ガス分析計によるＣＯ２濃度の測定データ、および、移動平均処理、ブロック平均処理の影響を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１  ガスフラックス測定装置
１０  測定系
１１  超音波風速計
１２  赤外線ガス分析計
１３Ａ〜１３ｄ  リザーバ
４０  制御部
５１  試料ガス採取部
５２  試料ガス送出部
５３  データ採取部
５４  移動平均部
５５  ブロック平均部
【図１】
0003148695.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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