LI-COR新品:机载高精度N2O/CH4/CO2温室气体测量平台

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.