當(dāng)前，地球變暖及其帶來的環(huán)境變化是國際社會*的“重大挑戰(zhàn)"，許多地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到了影響，如氣候異常、海平面升高、冰川退縮，等等。其原因主要是因?yàn)槎趸?、甲烷等溫室氣體的大量排放所造成的，這與2015年《WHO氣候變化框架公約》《巴黎協(xié)定》所設(shè)定的目標(biāo)背道而馳。因此，需要采取緊急行動，讓二氧化碳及甲烷回到更符合《巴黎協(xié)定》目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)上。

在過去的十年里，基于光腔的檢測器在現(xiàn)場測量甲烷等物質(zhì)的精確度和機(jī)動性已經(jīng)從根本上得到了提高。特別是與傳統(tǒng)的氣相色譜相比，其具有了更高的精確度、更強(qiáng)的便攜性和更穩(wěn)定的校準(zhǔn)能力。

通過定期的駕駛探測來監(jiān)測生產(chǎn)氣田和城市網(wǎng)狀系統(tǒng)中的泄漏可以讓檢測過程變得越來越便宜和迅速。隨著廠外系統(tǒng)與實(shí)時定位系統(tǒng)(GPS)的結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地測繪甲烷排放量的詳細(xì)信息。這樣的儀器不僅可以部署在偏遠(yuǎn)的地方，也可以安裝在小型家用SUV車輛上。這種移動測量也可以通過搭配裝有輕型傳感器的小型無人駕駛飛行器(UAV)來進(jìn)行進(jìn)一步拓展。

圖1顯示了一個典型的運(yùn)用Picarro 氣體分析儀的車載系統(tǒng)。由于車載式檢測的成本很低，所以普通的SUV車輛也可以很容易地適應(yīng)這一任務(wù)。也可以在彈出氣球上部署空氣軟管，來采集空氣樣本。這種移動測量分析儀不僅測繪速度快，除了儀器和車輛的資本成本外，現(xiàn)場活動成本也不高。

圖1：（左）Picarro移動測量系統(tǒng)的原理圖，（右）氣體分析儀安裝在移動平臺

目前，這種移動測量技術(shù)的應(yīng)用范圍為：檢測城市氣體（天然氣）的泄漏、工業(yè)廢氣、城市廢水和污水、垃圾填埋場產(chǎn)生的廢氣、生物沼氣池和沼氣發(fā)電機(jī)、地下煤炭開采以及燃燒生物質(zhì)產(chǎn)生的甲烷等。

以下兩個實(shí)例進(jìn)一步說明了Picarro氣體分析儀車載應(yīng)用的有效性。2018-2019年在西伯利亞上，通過使用Picarro G4301便攜式氣體分析儀對二氧化碳和甲烷進(jìn)行大規(guī)模的移動監(jiān)測和研究、并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使我們能夠以高空間分辨率反演它們的空間分布模式，并且確定它們的季節(jié)特征。西伯利亞地區(qū)2018年10-11月甲烷濃度的空間分布如圖2所示。最后得出結(jié)果，溫室氣體尤其是甲烷，其空間分布存在緯度梯度和中尺度不均勻性。

圖2：2018年秋季使用Picarro氣體分析儀車載應(yīng)用監(jiān)測西伯利亞上空的空氣層中甲烷濃度的空間分布。（a）未經(jīng)過濾的數(shù)據(jù)；（b）通過基線方法檢索到的背景值；（c）俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司主要天然氣管道的Samson當(dāng)?shù)剡\(yùn)營和維護(hù)部門的天然氣管道壓縮機(jī)站CS-6附近；（d）在新西伯利亞Chany地區(qū)的濕地地區(qū)

在另一個研究中，將Picarro高精度甲烷分析儀安裝在谷歌街景抓取車上，并配備定位系統(tǒng)(GPS)來記錄車輛的位置和速度，以及風(fēng)速計(jì)來記錄風(fēng)速和風(fēng)向，來評估當(dāng)?shù)靥烊粴猓∟G）分配系統(tǒng)檢測和定位天然氣泄漏并量化其排放的能力，以此確立移動甲烷調(diào)查在管理當(dāng)?shù)靥烊粴夥峙湎到y(tǒng)方面的有效性。在移動過程中，通過氣體分析儀發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個泄漏的跡象，以及相應(yīng)的位置和估算的排放量。

圖3：這是一份用于地面搜索的地圖。運(yùn)用移動監(jiān)測平臺追蹤那些未被當(dāng)?shù)氐姆咒N公司發(fā)現(xiàn)的泄漏跡象。彩色圓圈代表移動監(jiān)測期間測量到的甲烷濃度升高。白色方塊是根據(jù)移動測量期間估算的甲醛泄漏位置。藍(lán)色三角形是我們最終發(fā)現(xiàn)泄漏的地方。

研究結(jié)果表明，當(dāng)?shù)毓苈废到y(tǒng)中管道泄漏數(shù)量可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然氣當(dāng)?shù)胤咒N公司通過使用傳統(tǒng)勘測方法得出的泄漏的數(shù)量。來自甲烷移動監(jiān)測平臺的大部分泄漏指示都與天然氣泄漏地點(diǎn)相對應(yīng)，在泄漏指示位置發(fā)現(xiàn)天然氣泄漏，并且泄漏通量估算值可以有效地對泄漏大小進(jìn)行排名。

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