概述  
甲烷作為一種強效溫室氣體，在氣候變化中扮演著重要角色。準確測量甲烷排放對于了解和減緩其環境影響至關重要。傳統方法通常缺乏精確性，并且在實時數據采集方面存在困難，因此需要創新解決方案。近日，Jonathan F. Dooley等科學家團隊成功開發了一種高靈敏度無人機系統，無人機系統（UAS）與先進傳感器（Aeris傳感器）的集成提供了一種有望徹底改變甲烷排放測量的方法， 通過分析C2H6/CH4比值，研究人員成功區分了生物源和熱源甲烷排放，并能夠對不同來源的甲烷排放進行精確量化。  

該系統已用于直接量化點源排放，以及像垃圾填埋場這樣的分布式排放源，其測量能力覆蓋排放速率0.04kg/h~1500kg/h（最低檢測限約0.007kg/h），排放速率量化下限超過衛星和飛機CH4監測系統，有助于減小和彌合基于地面和自上而下的測量系統之間的測量差距。通過CH4和C2H6混合比、矢量風速和位置數據的同時測量使得源分類（生物源與熱源）、區分和排放速率無需對風、垂直混合或其他環境條件進行建模或先驗假設。該UAS已在美國西南部部署用于系統驗證和有針對性地量化各種低于其他飛機和衛星系統檢測限的源頭。該系統提供了一種直接、可重復的方法，用于水平和垂直剖面排放羽流，提供了對于區域空中調查以及本地地面監測提供互補信息的尺度。該工作于2024年3月19日發表于EGUSphere上（https://doi.org/10.5194/egusphere-2024-760）。

  方法    
該研究利用了配備快速（1 Hz）又靈敏（CH4：1ppb；C2H6：0.5ppb）的Aeris MIRA傳感器的集成無人機系統。Aeris MIRA傳感器以其高靈敏度和實時數據采集能力而聞名，可以精確測量甲烷濃度。傳感器利用3.3μm CH4吸收帶的強吸收能力，其CH4靈敏度為0.84ppb/s，而對乙烷（C2H6）的靈敏度小于0.5ppb/s。無人機系統被策略性地操控，圍繞著目標源（如油氣井、廢棄井、污水處理廠和垃圾填埋場）展開多次飛行，以捕獲全面的數據。該工作綜合評估了相對風速調整、背景混合比估算、飛行模式選擇和直接通量量化等，確保測量精度最優。

 結果  
Aeris MIRA傳感器與無人機系統的集成產生了顯著結果。傳感器的高靈敏度使其能夠檢測到低至20 ppb的CH4增強和2ppb的C2H6增強，超過了傳統監測方法的測量能力。

無人機通過量化從每小時0.040千克（kg/h）到排放達到1500 kg/h的受控釋放的廣泛范圍內的排放量，展示了該系統的寬動態范圍。實時數據采集促進了即時分析和決策制定，提高了排放量量化的效率。

 Aeris MIRA傳感器的優勢和應用  
高靈敏度：Aeris MIRA傳感器卓越的靈敏度使其能夠檢測到微小的甲烷增強，這對于準確量化甲烷排放甚至來自低強度源的排放至關重要。
實時數據采集：傳感器實時數據采集的能力提供了即時反饋，允許現場調整和優化測量策略。
寬動態范圍：從檢測微量甲烷濃度到測量大規模排放，Aeris MIRA傳感器展示了廣泛的動態范圍，適用于各種應用場景。
精確性和準確性：Aeris MIRA傳感器在甲烷測量方面的精確性和準確性通過在復雜環境條件下持續可靠的數據得到了證實。
多功能性：Aeris MIRA傳感器的多功能性使其能夠集成到各種無人機平臺中，擴展了其在不同行業和研究領域中的適用性。

結論  
Aeris MIRA傳感器與無人機技術的成功集成標志著甲烷排放測量的重大進展。該研究結果突顯了Aeris MIRA傳感器在靈敏度、實時數據采集和多功能性方面的優勢，展示了其在徹底改變環境監測工作中的潛力。通過進一步的研究和開發，Aeris MIRA傳感器有望被廣泛應用于氣候變化減緩策略中，為準確高效的甲烷排放量化提供了強大工具。