根据世界气象组织WMO温室气体公报(第18期,2022/10/26),全球平均地表CO2、CH4和N2O的浓度持续增高,其中CO2为415.7±0.2 ppm,CH4为1908±2 ppb,N2O为334.5±0.1 ppb。
对于更高时空分辨率的地表测量需求,如近地表温室气体泄漏监测、特定区域温室气体排放强度评估、卫星遥感温室气体数据验证等,都需要创新的观测技术和方法。
图源/ Bing Lu等,2020
前人的部分工作包括:在固定翼飞机上(SkyArrow ERA,意大利Magnaghi Aeronautica S.p.A.公司)搭载LI-7500 二氧化碳和水汽分析仪(Gioli B等,2006,2007;Carotenuto F等,2018),测量大气边界层的CO2通量以及估算点源CO2释放强度;搭载LI-7700甲烷分析仪(Gasbarra D等,2019),研究垃圾填埋场的CH4排放。
2018年推出 LI-7810高精度CH4、CO2、H2O分析仪 LI-7815高精度CO2、H2O分析仪 2020年推出 LI-7820高精度NO2、H2O分析仪 2023年推出 LI-7825高精度CO2同位素、NH3分析仪
温室气体测量响应时间(T10-T90):≤2s 测量精度: CO2: 0.04ppm@400ppm(5s数据平均) CH4: 0.25ppb@2000ppb(5s数据平均) N2O: 0.20ppb@330ppb(5s数据平均)
LI-7825精度 δ13C 1秒信号平均为 < 0.5 ‰;5分钟信号平均为0.04 ‰ δ18O 5分钟信号平均为 < 0.1 ‰@400 ppm δ17O 5分钟信号平均为 < 0.4 ‰@400 ppm
起飞重量:45kg 工作时间:>45分钟 标准巡航速度:8m/s max巡航速度:15m/s 抗风能力:max5级风 使用环境:-20℃~45℃;可小雨中飞行 测量高度:0-2000m
应用案例
A Pilot Experiment
使用机载高精度CH4、CO2温室气体测量平台,研究某工业园区的温室气体排放。
根据以上条件,飞行需要满足的低度应大于粗糙度子层(通过风温湿廓线确定,或估算为研究区内建筑物平均高度的3倍),并位于近地层内。无人机应尽量保持匀速运动并平稳飞行,俯仰角不大于5°,横滚角不大于20°,尽量保持与地面的相对高度稳定(仿地飞行)。需要在大气边界层湍流发展显著的时间段开展测量,一般为上午10:00至下午4:00。同时,为了尽可能减少垂直输送方向上的误差,风速以2-3级为宜,避免在阴天、雨天等不利气象条件下开展监测。
飞行中的机载高精度CH4、CO2温室气体测量平台
样地与方法
Materials and Methods
测量航迹
原始数据质量控制QA/QC
采用滑动均值滤波方法对所有数据进行异常值检验,对大于5倍测量数据标准差的点位,标记为异常值并剔除,用线性插值方法进行数据插补。一个测量架次,如果异常数据超过30%,标记为无效测量,需要重新补测。
实验结果
Results
实验结论
Conclusions
【1】世界气象组织温室气体公报 - 第18期
【2】Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Recent advances of hyperspectral imaging technology and applications in agriculture. Remote Sensing 12(16): 1-44.
【3】Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Industrial point source CO 2 emission strength estimation with aircraft measurements and dispersion modelling[J]. Environmental monitoring and assessment, 2018, 190: 1-15.
【4】Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Locating and quantifying multiple landfills methane emissions using aircraft data[J]. Environmental Pollution, 2019, 254: 112987.
【5】Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. The Sky Arrow ERA, an innovative airborne platform to monitor mass, momentum and energy exchange of ecosystems[J]. 2006.