Co de surface moyenne mondiale selon le Bulletin des gaz à effet de serre de l’omm (numéro 18, 2022 / 10 / 26)2et CH4Et n2La concentration de o continue d'augmenter, où co2Est de 415,7 ± 0,2 PPM, ch4Soit 1908 ± 2 ppb, n2O 334,5 ± 0,1 ppb.

Les méthodes existantes d'observation des gaz à effet de serre comprennent la mesure de la concentration dans la colonne par les satellites de télédétection, la mesure de la concentration dans le fond de l'atmosphère, la mesure de la concentration atmosphérique dans les hautes tours urbaines, l'observation des flux liés au vortex, la mesure des contours de l'atmosphère près du sol, la mesure des flux de gaz à effet de serre dans le sol, la télémétrie par spectrométrie à transformée de Fourier au sol, etc.

Pour les besoins de mesures de surface à plus haute résolution spatio - temporelle, tels queSurveillance des fuites de gaz à effet de serre près de la surface, évaluation de l'intensité des émissions de gaz à effet de serre dans certaines régions, validation des données de télédétection par satellite sur les gaz à effet de serreDes techniques et des méthodes d'observation novatrices sont nécessaires.

À l'heure actuelle, les satellites de télédétection peuvent être utilisés pour mesurer les concentrations de gaz à effet de serre dans les colonnes atmosphériques, ce qui, combiné à l'utilisation de Tours hautes et d'observations par drones, permet d'évaluer les émissions de gaz à effet de serre à l'échelle régionale. Parmi eux, en raison deL'observation des gaz à effet de serre par drone a des caractéristiques de mobilité flexiblePeut aider les chercheursObtenir des données avec une résolution spatio - temporelle plus élevéeDevenir un complément utile aux données de télédétection par satellite et d'observation de haute tour pointée.

Plages de mesure typiques pour satellites, avions et drones

Source graphique / Bing Lu et autres, 2020

Une partie du travail de l'ancien comprend: sur un avion à voilure fixe (SkyArrow ERA， Société magnaghi Aeronautica S.p.A., Italie) portantLi - 7500 analyseur de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau(Gioli B et coll., 2006, 2007; Carotenuto F et al., 2018), mesure du co dans la couche limite atmosphérique2Flux et sources ponctuelles estimées co2Intensité de libération; ChargéLi - 7700 analyseur de méthane(Gasbarra D et al., 2019), ch pour étudier les décharges4Les émissions.

Li - 7500 appliqué à la plate - forme de mesure era Sky Arrow

Ces dernières années, avec les progrès de la spectroscopie laser,Rétroaction de la lumière - amélioration de la cavitéSpectroscopie d'absorption laserTechnologie (of - CEAS)Se démarquer. Cette nouvelle technologie s’améliore considérablementPrécision de mesure (voir les instructions ci - dessous pour plus de détails)En même temps, la réalisationRéduction de la cavité optiqueObjectifs. Comme Li - cor a lancé une série d'Analyseurs de gaz à effet de serre de haute précision, le volume de la cavité optique est seulement6.41en cm3Réduit considérablement le temps de réponse de mesure -Moins de 2 secondes; en outre, cette technologie a une faible consommation d'énergie, seulement 22w, et deux sections de lithium électrique prend en charge 8 heures de mesure. Pesant également seulement 10,5 kg, il est idéal pour une utilisation sur un drone.

Pour répondre aux besoins émergents de la recherche scientifique, Beijing li Gaotai Technology Co., Ltd. Et Tianjin Flying Eye drone Technology Co., Ltd. Ont développé conjointementHaute précision n à bord2O et CH4et CO2Plateforme de mesure des gaz à effet de serre- Oui.

Mesure de haute précision grâce à la technologie de spectroscopie d'absorption laser à cavité renforcée par rétroaction optique (of - CEAS)N2O et CH4et CO2Concentration, adapté à la mesure mobile de la concentration atmosphérique.

• Lancé en 2018
  Li - 7810 haute précision ch4et CO2et H2O analyseur
  Li - 7815 Co haute précision2et H2O analyseur
  
• Lancement en 2020
  Li - 7820 haute précision no2et H2O analyseur
• Lancement en 2023
  Li - 7825 Co haute précision2同位素、 NH3Analyseur

Principaux paramètres techniques de la plate - forme de mesure

• La SerreMesure des gazTemps de réponse (T10 - t90): ≤ 2S
• Précision de mesure:
  CO2Pour:0.04ppm@400ppm(moyenne sur 5 s)
  CH4Pour:0.25ppb@2000ppb(moyenne sur 5 s)

  N2O :0.20ppb@330ppb(moyenne sur 5 s)

  
  

  Li - 7825 précision
  δ13C
  Un signal d'une seconde est en moyenne < 0,5 ‰; Un signal de 5 minutes est en moyenne de 0,04 ‰
  δ18O
  Un signal de 5 minutes est en moyenne < 0,1 ‰ @ 400 PPM
  δ17O
  Un signal de 5 minutes est en moyenne < 0,4 ‰ @ 400 PPM

• Poids au décollage: 45kg
• Temps de travail: > 45 minutes
• Vitesse de croisière Standard: 8m / s
• max巡航速度： 15 m/s
• Résistance au vent: max5
• Environnement d'utilisation: - 20 ℃ ~ 45 ℃; Peut voler sous pluie légère
• Hauteur de mesure: 0 - 2000m

Cas d'application

Une expérience pilote

utiliserHaute précision ch à bord4et CO2Plateforme de mesure des gaz à effet de serreÉtudier les émissions de gaz à effet de serre d'un parc industriel.

Hypothèses pendant la mesure: (1)Parc industrielDans un état de fonctionnement conventionnel ininterrompu; (2) les conditions atmosphériques sont stables pendant les mesures en vol; (3) Les variations verticales des gaz à effet de serre et des conditions météorologiques dans la couche limite atmosphérique sont beaucoup plus importantes que les variations horizontales; (4) Les gaz à effet de serre dont la hauteur est mesurée sont bien mélangés à l'air et dominés par l'advection.

Sous réserve des conditions ci - dessus, le bas niveau auquel le vol doit satisfaire doit être supérieur à la Sous - couche de rugosité (déterminée par la courbe de profil humide de la température du vent ou estimée à 3 fois la hauteur moyenne des bâtiments dans la zone d'étude) et situé dans la couche basse de la terre. Le drone doit essayer de maintenir un mouvement uniforme et de voler en douceur, avec un angle de tangage ne dépassant pas 5 ° et un angle de roulis ne dépassant pas 20°Essayez de maintenir une altitude relative stable par rapport au sol (vol simulé). Les mesures doivent être effectuées pendant des périodes où les turbulences de la couche limite atmosphérique se développent de manière significative, généralement de 10 h à 16 h. Dans le même temps, afin de réduire autant que possible l'erreur dans la direction de transport vertical, la vitesse du vent est de l'ordre de 2 - 3, ce qui évite d'effectuer la surveillance dans des conditions météorologiques défavorables telles que les jours nuageux, les jours de pluie et autres.

La mesure de la masse du parc est effectuée par la méthode de conservation de la masse basée sur le volume de contrôle, également appelée algorithme d'inversion de l'intensité des émissions de haut en bas (Terra). Sur la base des données de mesure des sections de surveillance de différentes hauteurs du parc, le calcul donne le flux d'advection pour les quatre sections nord - Sud est - Ouest etVerticaleIntensité des émissions de gaz à effet de serre à la hausse.

Haute précision ch embarquée en vol4et CO2Plateforme de mesure des gaz à effet de serre

Sample et méthode

Matériaux et méthodes

L'altitude moyenne de l'échantillon est de 1400 M, les précipitations annuelles sont inférieures à 300 mm et les vents dominants soufflent de l'Ouest. Vol d'essai en décembre 2022. Effectuer principalement des mesures sur deux fronts: (1) atmosphère de fondCH4et CO2ConcentrationLignes de contour verticales; (2) vol le long de la périphérie du parc industriel mesurant ch dans la direction de l'atmosphère verticale4Et co2Concentration. En outre, la direction du vent, la vitesse du vent, la température et l'humidité de l'air, la forte pression atmosphérique, les coordonnées longitudinales et latitudinales, les informations d'altitude, etc. sont collectées simultanément pendant le vol.

Mesurer la trajectoire

Contrôle qualité des données brutes QA / QC

Toutes les données ont été vérifiées pour les valeurs aberrantes à l'aide d'une méthode de filtrage à moyenne glissante, avec interpolation des données par une méthode d'interpolation linéaire pour les bits de points supérieurs à 5 fois l'écart - type des données mesurées, marqués comme aberrants et éliminés. Une sortie de mesure, si les données anormales dépassent 30%, est marquée comme une mesure invalide et doit être reconditionnée.

Résultats expérimentaux

Résultats

Contour atmosphérique de fond

就CO2En termes de co mesuré par le processus de montée en vol2La concentration doit être inférieure à celle mesurée pendant la descente. Co mesuré près du sol pendant la montée en vol2Concentration élevée, environ 715mg/unitém3; avec la montée de la hauteur mesurée, CO2Il y a une tendance à la baisse de la concentration, à 1900m à 2000m, CO2Concentration réduite à environ 680mg/unitém3. Au cours de la descente, un petit pic est présent dans l'intervalle 2000 - 1900 M, avec une concentration d'environ 800mg/unitém3, il y a un pic entre environ 1600m - 1700m, la concentration est d'environ 900mg/unitém3- Oui.

CO2 Ligne de contour atmosphérique

CH4Ligne de contour atmosphérique

Juste ch4En ce qui concerne ch mesuré par le processus de montée en vol4La concentration doit être légèrement inférieure à celle mesurée pendant la descente. Ch près de la surface4Concentration élevée, environ 1,24 mg /m3. avec l'augmentation de la hauteur, CH4Les concentrations ont diminué, tombant à 1,16 mg de CH4 à environ 2020 M /m3- Oui.

Parc industriel

Au sud du parc, les mesures ont donné 3 niveaux élevés de co2Zone de concentration, à une distance de 75 à 100 m de la surface, à une concentration d'environ 495 ppm; Le deuxième site est situé à 175 - 200 m du sol à une concentration d'environ 505 ppm; La troisième est à 100 - 125 m du sol et la concentration est d'environ 520 ppm. CH4Les données sont similaires,100 - 125m du sol, présence de ch4Zone de concentration élevée, concentration d'environ 3794.35 ppb.

CO2Maillage spatial des données

CH4Maillage spatial des données

Calcul de l'intensité des émissions

Selon l'équation de conservation scalaire et le théorème de divergence, on considère que la variation de masse à l'intérieur du volume de contrôle est égale au flux de masse intégré à travers la surface du volume de contrôle. L'intensité des émissions à l'intérieur du volume de contrôle des émissions peut finalement être obtenue en construisant le volume de contrôle autour de la source d'émission, en effectuant un calcul de flux sur les quatre surfaces et la surface supérieure du volume de contrôle, en ignorant les dépôts atmosphériques, puis en effectuant une intégration.

Les données montrent que le co de ce parc industriel2L'intensité des émissions est d'environ12,539 kg/s ± 0,640 kg/s; CH4L'intensité des émissions est21,521 g/s ±3,424 g/s- Oui.

Conclusion de l'expérimentation

Conclusions

utiliserHaute précision n à bord2O et CH4et CO2Plateforme de mesure des gaz à effet de serre，Combiner des modèles mathématiquesCapable de traiter des zones spécifiquesIntensité des émissions de gaz à effet de serreEffectuer une évaluation quantitative.

Références

[1] Bulletin des gaz à effet de serre de l'Organisation météorologique mondiale - numéro 18

Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Progrès récents de la technologie d'imagerie hyperspectrale et applications dans l'agriculture. Télédétection 12(16): 1-44.

Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Estimation de la résistance à l'émission de CO2 de sources industrielles ponctuelles avec des mesures d'aéronefs et la modélisation de la dispersion [J]. Surveillance et évaluation environnementales, 2018, 190: 1-15.

Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Localisation et quantification des émissions de méthane de plusieurs décharges à l'aide de données d'aéronefs [J]. Pollution environnementale, 2019, 254 : 112987.

Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. La Sky Arrow ERA, une plateforme aérienne innovante pour surveiller la masse, l'élan et l'échange d'énergie des écosystèmes[J]. 2006.