2024年前沿周報（2）

NIST頻率梳技術現在可以全年測量甲烷和乙烷的排放，即使在惡劣的氣候下也是如此。

研究發現，農業，特別是集中動物飼養場的甲烷排放量比預期高1.5倍。了解并準確測量溫室氣體排放量可以幫助決策者制定更明智的減排政策。

來源：NIST 美國國家標準與技術研究院

翻譯：《中國測試》雜志社

研究車里裝有一個中紅外激光系統和望遠鏡，它將光線穿過戶外引導到幾百米外的鏡子上。來源：K.Cossel/NIST

NIST研究人員升級了一項高精確度的技術，旨在監測甲烷和其他微量氣體的排放，即使在惡劣的野外條件下也是如此。測量甲烷排放量并確定其來源是減少甲烷排放的重要一步——這是150多個國家最近在2023年聯合國氣候變化大會上簽署的《全球甲烷承諾》的目標。

NIST升級的排放監測技術使研究團隊能夠在兩個月內估計科羅拉多州北部約855平方公里地區的甲烷排放量。這項研究考察了農業、石油和天然氣生產這兩個主要來源的排放，得出了意想不到的發現。首先，集中動物飼養場的甲烷排放量高于預測。其次，盡管產量有所上升，但研究地區石油和天然氣生產的總排放量在過去幾年中似乎趨于平穩。

NIST研究員、該研究的合著者Kevin Cossel說：“收集這類數據有助于政策制定者了解排放量如何隨著時間的推移而變化，以便他們相應地調整法規。”

在100年的時間里，甲烷的全球變暖潛力大約是二氧化碳的30倍。大幅減少甲烷排放有助于降低氣候變化的風險。但要管理甲烷排放，就需要測量它們，這帶來了許多技術上的挑戰。

追蹤甲烷排放的傳統方法是基于經濟活動。例如，可以通過將動物數量乘以每只動物排放的甲烷量來計算。NIST的方法則通過直接測量大氣中甲烷和其他氣體的變化來估計排放量。

光譜法精確測量

????NIST使用頻率梳測量空氣中路徑上的氣體濃度，這是一種特殊類型的激光，具有廣譜的顏色或波長。甲烷和其他氣體只吸收特定波長的光，這些光從附近位置的鏡子反射后返回起始位置。第二個頻率梳通過精確測量在這些波長下吸收了多少光，來確定這些氣體的濃度，并確定發射的光源類型。

這種頻率梳式光譜儀的早期版本已經使用了幾年，但最新版本具有更強的穩健性、便攜性和對不同氣候的適應性。

? ?

NIST研究員兼論文合著者Griffin Mead分享道：“我們不是在春天或秋天天氣好的時候進行這些測量的，這是在科羅拉多州的冬天，外面下雪、夾雪、冰雹、負溫度，但這種新系統在這種極端天氣下運行得很好，而以前的版本無法在這種條件下工作。”

該系統的核心是由電信行業使用的光纖激光器構建的頻率梳，已經在商業上可用，為公司和實驗室在全國范圍內復制該系統打開了大門。 ? ? ? ?

超越甲烷

新系統不僅測量甲烷，還測量包括乙烷和氨在內的其他氣體。通過同時測量和分析多種氣體之間的相關性，旨在區分石油、天然氣和農業部門的供給，然后用于改進排放，更全面地了解污染物的來源和影響。

隨著Mead和Cossel測量其他氣體，如廢水處理廠的一氧化二氮，排放監測的未來看起來很光明。Cossel說：“我們的目標是進一步提高系統的靈敏度和精度，并擴大我們的研究領域。未來幾年，我們將在鹽湖城附近進行研究，這將提供一些區域變化信息。”

隨著全球對減少甲烷排放的不斷關注，這項技術可以為科學家、行業領袖和政策制定者提供準確和可操作的信息。

論文：Griffin J.Mead、Daniel I.Herman、Fabrizio R.Giorgetta、Nathan A.Malarich、Esther Baumann、Brian R.Washburn、Nathan R.Newbury、Ian Coddington和Kevin C.Cossel。科羅拉多州北部農業和能源部門甲烷排放的分配和庫存優化——使用多月痕量氣體測量。地球物理研究快報。于2024年1月9日在線發布。