研究人員使用精密儀器和機器學習繪製加州的甲烷排放濃度圖像

利用精密儀器和新的製圖和機器學習工具,一個研究小組一直在確定溫室氣體的來源。2016年10月,一架配備了美國宇航局機載可見光紅外成像光譜儀-下一代(AVIRIS-NG)儀器的飛機檢測到了來自加州聖克拉里塔附近的陽光峽谷垃圾填埋場的多股甲烷氣體。

這些羽流足夠大,來自噴氣推進實驗室(JPL)的研究人員向設施運營商和當地執法機構通報了此事。這是更好地核算當地氣體排放過程中的一個重要步驟。

甲烷是一種壽命短但功能強大的溫室氣體,自工業革命以來,約有20%的全球變暖是由甲烷造成的。奶牛和肉牛通過它們的腸道產生甲烷,並在打嗝時釋放。它們的糞便也產生甲烷,當它被儲存在糞便池中時,它可能是一個主要的排放源。石油和天然氣生產從地下釋放甲烷,而儲存和運輸甲烷的基礎設施可能會泄漏。當有機材料在厭氧條件下被細菌分解時,垃圾填埋場是甲烷的一個來源。

加利福尼亞州的目標是減少這種甲烷排放,試圖在本十年結束前削減到比2013年水平低40%。但為了減少排放,該州需要更好地掌握來源。

加州空氣資源委員會(CARB)–監督空氣污染控制工作的國家機構–傳統上是通過盤點已知的排放活動來估計溫室氣體排放量。但這種方法可能會錯過泄漏或其他逃逸性排放,因此CARB工作人員開始對測量空氣中的排放感興趣,以改善溫室氣體的核算並確定緩解機會。

Mapping-Methane-Emissions-in-California.jpg

上面的圖片顯示了AVIRIS-NG儀器在2016年10月和2017年飛越加州聖克拉里塔時進行的甲烷測量。陽光峽谷垃圾填埋場的甲烷排放以黃色到紅色的梯度顯示,紅色代表最高濃度。右圖顯示了在實施垃圾填埋場改進后甲烷濃度的降低。

這些飛行是加州甲烷調查的一部分,這是一個正在進行的項目,旨在繪製該州的甲烷排放源。但是在飛行之前,加州大學河濱分校的氣候科學家Francesca Hopkins和JPL的Riley Duren(現在在亞利桑那大學)開始繪製該州周圍所有潛在的甲烷來源,以便更好地集中有限的飛行時間和優先觀察。

他們決定使用基於GIS的方法,吸收許多公開可用的地理空間數據集來開發一個地圖,以幫助他們迅速將甲烷羽流與可能的來源相匹配。該研究小組將加州潛在的甲烷排放基礎設施分為三個部門:能源、農業和廢物。該數據集被稱為甲烷排放源(Vista-CA),包括900000多個條目,可在NASA的橡樹嶺國家實驗室分佈式主動存檔中心(ORNL DAAC)獲得。

從2016年8月到2017年11月,一個以JPL為基地的團隊駕駛裝有AVIRIS-NG儀器的飛機在該州22000平方英里的範圍內飛行。為了加快數據分析,Duren及其同事隨後使用機器學習技術(如神經網絡)來自動識別飛行期間檢測到的煙羽。同時,來自加州大學河濱分校的研究生Talha Rafiq開發了一種算法,將甲烷羽流觀測結果歸於最可能的Vista-CA來源。這些技術使該團隊能夠在幾周內與加州的設施運營商和監管機構分享他們的發現,以提醒他們注意逃逸的甲烷排放,並幫助加快補救措施。

研究人員對超過272000個單獨的設施和設備組件進行了調查。在這些場所中,不到0.2%的基礎設施的排放至少佔加州甲烷庫存的三分之一。垃圾填埋場和堆肥設施負責測量的41%的排放量。Duren、Hopkins等人於2019年在《自然》雜誌上發表了他們的研究結果。

在陽光峽谷的一個案例中,垃圾填埋場運營商確認了甲烷排放問題存在,並確定它們是由於表面覆蓋和氣體捕獲系統的問題。在接下來的一年裡,運營商實施了一系列的改變,大大減少了排放。隨後用AVIRIS-NG進行的飛越確認了甲烷的減少。這些發現由Duren、Daniel Cusworth(亞利桑那大學的項目科學家)和其他人在2020年的《環境研究通訊》中記錄。

來自調查的數據可以在甲烷源查找門戶網站上查看。這項研究的部分資金來自美國宇航局的推進地球系統科學的合作聯繫計劃和美國宇航局的碳監測系統中的加州原型甲烷監測系統。

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上一篇 2021-09-12 22:41
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