當(dāng)前，地球變暖及其帶來的環(huán)境變化是國際社會(huì)*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(dòng)，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(cè)器在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量甲烷等物質(zhì)的精確度和機(jī)動(dòng)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(cè)來監(jiān)測(cè)生產(chǎn)氣田和城市網(wǎng)狀系統(tǒng)中的泄漏可以讓檢測(cè)過程變得越來越便宜和迅速。隨著廠外系統(tǒng)與實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(GPS)的結(jié)合，可以快速準(zhǔn)確地測(cè)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(dòng)測(cè)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(gè)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(cè)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(dòng)測(cè)量分析儀不僅測(cè)繪速度快，除了儀器和車輛的資本成本外，現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)成本也不高。

圖1：（左）Picarro移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的原理圖，（右）氣體分析儀安裝在移動(dòng)平臺(tái)

目前，這種移動(dòng)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍為：檢測(cè)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(chǎng)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(gè)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(duì)二氧化碳和甲烷進(jìn)行大規(guī)模的移動(dòng)監(jiān)測(cè)和研究、并對(duì)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(cè)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(gè)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(píng)估當(dāng)?shù)靥烊粴猓∟G）分配系統(tǒng)檢測(cè)和定位天然氣泄漏并量化其排放的能力，以此確立移動(dòng)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(dòng)過程中，通過氣體分析儀發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)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(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)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(dòng)監(jiān)測(cè)期間測(cè)量到的甲烷濃度升高。白色方塊是根據(jù)移動(dòng)測(cè)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(huì)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(cè)方法得出的泄漏的數(shù)量。來自甲烷移動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的大部分泄漏指示都與天然氣泄漏地點(diǎn)相對(duì)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(duì)泄漏大小進(jìn)行排名。

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