De acordo com o Boletim de Gases de Efeito Estufa da OMM (número 18, 26/10/2022), a CO média global da superfície2e CH4e N2A concentração de O continua a aumentar, onde o CO2415,7 ± 0,2 ppm, CH41908 ± 2 ppb, N2O é de 334,5 ± 0,1 ppb.

Os métodos existentes de observação de gases de efeito estufa incluem medição de concentração de coluna por satélite de teledetecção, medição de concentração de fundo atmosférico, medição de concentração atmosférica de torres urbanas altas, observação de fluxo relacionado com turbulência, medição de contorno atmosférico próximo ao solo, medição de fluxo de gases de efeito estufa no solo, telemetria por espectrometria de transformação de Fourier no solo, etc.

Para medições de superfície com maior resolução espacial-temporal, tais comoMonitoramento de vazamentos de gases de efeito estufa perto da superfície, avaliação da intensidade das emissões de gases de efeito estufa em determinadas regiões, verificação de dados de gases de efeito estufa por teleobservação por satéliteSão necessárias técnicas e métodos inovadores de observação.

Atualmente, os satélites de teledetecção podem ser usados ​​para medir as concentrações de gases de efeito estufa na coluna atmosférica e, em combinação com observações de torres altas e drones, podem avaliar as emissões de gases de efeito estufa em escala regional. Entre eles, devidoObservação de gases de efeito estufa por drones com flexibilidade de manobraIsso pode ajudar os pesquisadores.Obter dados com maior resolução espacial-temporalÉ um complemento útil para a teleobservação de satélites e dados de observação de torres elevadas.

Alcance de medição típico para satélites, aeronaves e drones

Fonte: Bing Lu e outros, 2020

Partes dos trabalhos dos antecessores incluem: Em aviões de asas fixas (SkyArrow ERA， Magnaghi Aeronautica S.p.A., Itália(Transportado)LI-7500 Analisador de CO2 e vapor de água(Gioli B et al, 2006, 2007) Carotenuto F et al., 2018), medição do CO na camada de fronteira atmosférica2Fonte de fluxo e ponto de estimativa CO2Liberação de força; equipadoAnalisador de metano LI-7700(Gasbarra D et al., 2019), estudo do CH em aterros4Emissões.

LI-7500 para a plataforma de medição Sky Arrow ERA

Nos últimos anos, com o avanço da tecnologia de espectroscopia a laser,Feedback de luz - melhoria da cavidadeEspectro de absorção a laserTecnologia (OF-CEAS)Destaca-se. Essa nova tecnologia está melhorando muito.Precisão da medição (veja a descrição abaixo)Ao mesmo tempo, foi realizadoRedução da cavidade de luzO objetivo. Como a LI-COR lançou uma série de analisadores de gases de efeito estufa de alta precisão, o volume da cavidade6.41centímetros3Reduz significativamente o tempo de resposta de medição.Menos de 2 segundosAlém disso, a tecnologia tem um baixo consumo de energia, apenas 22w, com duas unidades de lítio suportando 8 horas de medição. Pesando apenas 10,5 kg, é perfeito para uso em drones.

Para atender às necessidades emergentes de pesquisa científica, Beijing Ligaotai Technology Co., Ltd. em cooperação com Tianjin Flyeye Drone Technology Co., Ltd.A bordo de alta precisão N2O e CH4e CO2Plataforma de medição de gases de efeito estufa- É.

Medição de alta precisão com espectroscopia de absorção a laser reforçada com retroalimentação óptica (OF-CEAS)N2O e CH4e CO2Concentração adequada para medições móveis de concentração atmosférica.

• Lançado em 2018
  LI-7810 CH de alta precisão4e CO2e H2O Analisador
  LI-7815 CO de alta precisão2e H2O Analisador
  
• Lançamento em 2020
  LI-7820 de alta precisão NO2e H2O Analisador
• Lançado em 2023
  LI-7825 CO de alta precisão2同位素、 NH3Analisador

Principais parâmetros técnicos da plataforma de medição

• EstufaMedição de gásTempo de resposta (T10-T90): ≤2s
• Precisão da medição:
  CO2:0.04ppm@400ppm(média de dados de 5s)
  CH4:0.25ppb@2000ppb(média de dados de 5s)

  N2O:0.20ppb@330ppb(média de dados de 5s)

  
  

  LI-7825 Precisão
  δ13O C
  A média do sinal de 1 segundo é < 0,5 ‰; A média do sinal de 5 minutos é de 0,04 ‰
  δ18O
  Média de sinal de 5 minutos < 0,1 ‰ @ 400 ppm
  δ17O
  Média de sinal de 5 minutos < 0,4 ‰ @ 400 ppm

• Peso de decolagem: 45kg
• Tempo de trabalho: > 45 minutos
• Velocidade de cruzeiro padrão: 8m/s
• max巡航速度： 15 m/s
• Resistência ao vento: max5
• Ambiente de uso: -20 ℃ ~ 45 ℃; Voar na chuva
• Altura de medição: 0-2000m

Casos de aplicação

Um experimento piloto

UtilizaçãoCH de alta precisão4e CO2Plataforma de medição de gases de efeito estufaEstudar as emissões de gases de efeito estufa em um parque industrial.

Presupostos durante a medição: (1)Parques IndustriaisEm estado de funcionamento regular ininterrupto; b) Estabilidade das condições atmosféricas durante a medição do voo; 3) A variação vertical dos gases de efeito estufa e das condições meteorológicas dentro da camada fronteira atmosférica é muito maior do que a variação horizontal; (4) Os gases de efeito estufa medidos na altura são misturados adequadamente com o ar e são predominantemente de fluxo estático.

De acordo com as condições acima, a baixa exigida para o voo deve ser maior do que a subcamada de rugosidade (determinada pela linha de contorno úmido de temperatura do vento ou estimada em 3 vezes a altura média dos edifícios na área de estudo) e localizada dentro da camada próxima ao solo. O drone deve tentar manter um movimento uniforme e voar suavemente, com um ângulo de inclinação não superior a 5 ° e um ângulo de rolamento horizontal não superior a 20.°Mantenha-se estável quanto possível em relação ao solo (voo semelhante ao solo). As medições são necessárias durante períodos de tempo em que a turbulência da camada fronteira atmosférica se desenvolve significativamente, geralmente das 10:00 às 16:00. Ao mesmo tempo, para minimizar os erros na direção de transporte vertical, a velocidade do vento é apropriada em 2-3 graus, evitando o monitoramento em dias nublados, dias chuvosos e outras condições meteorológicas desfavoráveis.

A medição do parque é realizada por meio de um método de conservação de massa baseado em volume controlado, também conhecido como Algoritmo de Retrieval de Taxa de Emissão de cima para baixo (TERRA). De acordo com os dados de medição de diferentes seções de monitoramento de altura do parque, o fluxo plano de quatro seções de leste-oeste-norte eVerticalintensidade das emissões de gases de efeito estufa.

CH de alta precisão em voo4e CO2Plataforma de medição de gases de efeito estufa

Modelo e Método

Materiais e Métodos

O terreno tem uma altitude média de 1.400 metros, chuvas anuais de menos de 300 mm, e o vento predomina em direção ao oeste. Voo de teste em dezembro de 2022. As medições são realizadas principalmente em dois aspectos: (1) A atmosfera de fundoCH4e CO2Concentraçãocontorno vertical; (2) Voar ao longo da periferia do parque industrial para medir a direção vertical da atmosfera CH4e CO2Concentração. Além disso, durante o voo, a direção do vento, a velocidade do vento, a temperatura e a umidade do ar, a pressão atmosférica, as coordenadas de longitude e latitude, as informações sobre a altitude e muito mais são coletadas.

Medição do percurso

Controle de qualidade de dados brutos QA / QC

Usando o método de filtragem de média deslizante para verificar todos os dados com valores anormais, os pontos com desvios padrão maiores que 5 vezes dos dados medidos são marcados como valores anormais e eliminados, e os dados são interpolados com o método de interpolação linear. Uma sessão de medição, se os dados anormais excederem 30%, é marcada como medição inválida e precisa ser recalibrada.

Resultados do experimento

Resultados

Linha atmosférica de fundo

就CO2O CO medido durante o voo2A concentração deve ser inferior à medida durante o declínio. CO medido perto do solo durante o voo2Concentração elevada, cerca de 715em mg/m3À medida que a altura aumenta, CO2Há uma tendência de queda na concentração, entre 1900m e 2000m, CO2Concentração reduzida para cerca de 680em mg/m3durante a descida, existe um pequeno pico no intervalo de 2000-1900 metros com uma concentração de cerca de 800em mg/m3Há um pico entre cerca de 1600m e 1700m, com uma concentração de cerca de 900.em mg/m3- É.

CO2 Linha atmosférica

CH4Linha atmosférica

Só CH4O CH medido durante o voo4A concentração é ligeiramente inferior à medida durante o declínio. CH perto da superfície4Concentração elevada, cerca de 1,24 mg/m3com o aumento da altura, CH4Concentrações diminuem e, em torno de 2020 m, a concentração de CH4 cai para 1,16 mg/m3- É.

Parques Industriais

No sul do parque, foram medidos três pontos altos de CO.2Zona de concentração, a uma distância de 75 a 100 m da superfície, com uma concentração de cerca de 495 ppm; O segundo lugar está a 175-200m do solo, com uma concentração de cerca de 505ppm; O terceiro está a 100-125 metros do solo, com uma concentração de cerca de 520 ppm. CH4Dados semelhantes,A uma distância de 100 a 125 m do solo, existe CH4Área de alta concentração, cerca de 3.794,35 ppb.

CO2Rede espacial de dados

CH4Rede espacial de dados

Cálculo da intensidade das emissões

De acordo com a equação de conservação escalar e o teorema da dispersão, a mudança de massa dentro do volume de controle é considerada igual ao fluxo de massa agregado através da superfície do volume de controle. Pode-se calcular o fluxo das quatro superfícies do volume de controle e da superfície superior construindo o volume de controle em torno da fonte de emissão, ignorando a sedimentação atmosférica, e então integrando para obter a intensidade de emissão dentro do volume de controle de emissão.

Os dados mostram que o CO do parque industrial2A intensidade das emissões é de aproximadamente12,539 kg/s ± 0,640 kg/so CH;4A intensidade das emissões é21,521 g/s ±3,424 g/s- É.

Conclusões experimentais

Conclusões

UtilizaçãoA bordo de alta precisão N2O e CH4e CO2Plataforma de medição de gases de efeito estufa，Combinação de modelos matemáticosCapacidade de uma área específicaIntensidade das emissões de gases de efeito estufaRealizar avaliações quantitativas.

Referências

[1] Comunicado da Organização Meteorológica Mundial sobre os gases de efeito estufa - Número 18

Bing Lu, Phuong D. Dao, Jiangui Liu, Yuhong He, Jiali Shang. 2020. Avanços recentes da tecnologia de imagem hiperespectral e aplicações na agricultura. Detecção remota 12(16): 1-44.

Carotenuto F, Gualtieri G, Miglietta F, et al. Estimação da força de emissão de CO2 de fontes pontuais industriais com medições de aeronaves e modelagem de dispersão [J]. Monitoramento e Avaliação Ambiental, 2018, 190: 1-15.

Gasbarra D, Toscano P, Famulari D, et al. Localização e quantificação de múltiplas emissões de metano de aterros usando dados de aeronaves [J]. Poluição Ambiental, 2019, 254: 112987.

Gioli B, Miglietta F, Vaccari F P, et al. O Sky Arrow ERA, uma plataforma aérea inovadora para monitorar a troca de massa, ímpeto e energia de ecossistemas. 2006.