當前，地球變暖及其帶來(lái)的環(huán)境變化是國際社會(huì )*的“重大挑戰"，許多地區的自然生態(tài)系統已經(jīng)受到了影響，如氣候異常、海平面升高、冰川退縮，等等。其原因主要是因為二氧化碳、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》所設定的目標背道而馳。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》目標的標準上。

在過(guò)去的十年里，基于光腔的檢測器在現場(chǎng)測量甲烷等物質(zhì)的精確度和機動(dòng)性已經(jīng)從根本上得到了提高。特別是與傳統的氣相色譜相比，其具有了更高的精確度、更強的便攜性和更穩定的校準能力。

通過(guò)定期的駕駛探測來(lái)監測生產(chǎn)氣田和城市網(wǎng)狀系統中的泄漏可以讓檢測過(guò)程變得越來(lái)越便宜和迅速。隨著(zhù)廠(chǎng)外系統與實(shí)時(shí)定位系統(GPS)的結合，可以快速準確地測繪甲烷排放量的詳細信息。這樣的儀器不僅可以部署在偏遠的地方，也可以安裝在小型家用SUV車(chē)輛上。這種移動(dòng)測量也可以通過(guò)搭配裝有輕型傳感器的小型無(wú)人駕駛飛行器(UAV)來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步拓展。

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

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

目前，這種移動(dòng)測量技術(shù)的應用范圍為：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(chǎng)產(chǎn)生的廢氣、生物沼氣池和沼氣發(fā)電機、地下煤炭開(kāi)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(shuō)明了Picarro氣體分析儀車(chē)載應用的有效性。2018-2019年在西伯利亞上，通過(guò)使用Picarro G4301便攜式氣體分析儀對二氧化碳和甲烷進(jìn)行大規模的移動(dòng)監測和研究、并對數據進(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特征。西伯利亞地區2018年10-11月甲烷濃度的空間分布如圖2所示。最后得出結果，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(chē)載應用監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(guò)濾的數據；（b）通過(guò)基線(xiàn)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當地運營(yíng)和維護部門(mén)的天然氣管道壓縮機站CS-6附近；（d）在新西伯利亞Chany地區的濕地地區

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(chē)上，并配備定位系統(GPS)來(lái)記錄車(chē)輛的位置和速度，以及風(fēng)速計來(lái)記錄風(fēng)速和風(fēng)向，來(lái)評估當地天然氣（NG）分配系統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(dòng)甲烷調查在管理當地天然氣分配系統方面的有效性。在移動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)氣體分析儀發(fā)現了數百個(gè)泄漏的跡象，以及相應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。運用移動(dòng)監測平臺追蹤那些未被當地的分銷(xiāo)公司發(fā)現的泄漏跡象。彩色圓圈代表移動(dòng)監測期間測量到的甲烷濃度升高。白色方塊是根據移動(dòng)測量期間估算的甲醛泄漏位置。藍色三角形是我們最終發(fā)現泄漏的地方。

研究結果表明，當地管路系統中管道泄漏數量可能會(huì )遠遠超過(guò)天然氣當地分銷(xiāo)公司通過(guò)使用傳統勘測方法得出的泄漏的數量。來(lái)自甲烷移動(dòng)監測平臺的大部分泄漏指示都與天然氣泄漏地點(diǎn)相對應，在泄漏指示位置發(fā)現天然氣泄漏，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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