加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校海洋科學(xué)研究所Ira Leifer博士

　　加利福尼亞州圣巴巴拉 - 加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的科學(xué)家 Ira Leifer博士、Paige Farrell博士和Dan Culling博士最近完成了美國南部的甲烷橫斷面測量，途中將其 Picarro 通量分析儀交付給路易斯安那州的一艘等候船。Picarro 分析儀和其它設(shè)備最初僅打算用于船上測量，但Leifer博士認(rèn)為，考慮到運(yùn)輸費(fèi)和到達(dá)港口的費(fèi)用，他們可以開車運(yùn)輸儀器，并借此機(jī)會(huì)收集遠(yuǎn)距離移動(dòng)甲烷數(shù)據(jù)。團(tuán)隊(duì)當(dāng)即租了一輛房車，安裝好儀器，幾乎日以繼夜地開了兩個(gè)星期，從加利福尼亞州圣巴巴拉出發(fā)，前往路易斯安那州科科德里和佛羅里達(dá)州圣彼得堡，然后返回加利福尼亞州南部。雖然移動(dòng)測量日益普及，但就我們所知，這個(gè)團(tuán)隊(duì)是增加車載在線組件，以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)地面測量的團(tuán)隊(duì)。

團(tuán)隊(duì)在房車上裝載了氣相色譜儀（GC）、GPS、功率調(diào)節(jié)器、幾臺(tái)帶有手機(jī)調(diào)制解調(diào)器的便攜式計(jì)算機(jī)、一臺(tái) Picarro 通量分析儀以及被稱為“空氣壓力機(jī)"的 30 英尺定制空氣采樣口。空氣采樣口由在房車前方突出 10 英尺的 4 英寸 ABS 管材制成。團(tuán)隊(duì)面臨的挑戰(zhàn)是防止 GC 受到地面和墻體振動(dòng)影響。為此，小組將大號(hào)臥鋪區(qū)域改造成臨時(shí)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并在壁櫥里配置了氣瓶和真空泵。經(jīng)過大量反復(fù)實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)半充氣的大號(hào)氣墊和幾塊塞滿舒泰龍泡沫塑料填充顆粒的雙層防水布，并在 GC 支腿下墊上帶有“Dr. Scholl"式凝膠支架的膠合板，從而實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)隔離。為了完成任務(wù)，團(tuán)隊(duì)使用彈力繩和繩索將其捆綁在了一起。

一旦啟動(dòng)并運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)便能每 50 秒從 GC 獲得一次甲烷測量結(jié)果，而 Picarro 通量分析儀則以 2 赫茲的頻率記錄甲烷、二氧化碳和水汽的數(shù)據(jù)。所采用的測量方法為：首先使用儀器識(shí)別甲烷特征以及通過視覺識(shí)別地質(zhì)或人為特征，確定興趣點(diǎn)（甲烷熱點(diǎn)）。然后，使用從在線網(wǎng)站檢索到的當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，沿著甲烷濃度增加的方向行駛，直到找到并確認(rèn)源頭。

在行進(jìn)的過程中，小組能夠不斷完善方法，并迅速適應(yīng)條件的變化。例如：發(fā)現(xiàn)汽車是一個(gè)持久的甲烷來源后，他們調(diào)整了校準(zhǔn)時(shí)間表，在晚上交通減少的時(shí)候進(jìn)行測量。Daniel還注意到 Picarro 儀器的同步二氧化碳測量功能在識(shí)別汽車尾氣何時(shí)污染空氣進(jìn)樣方面發(fā)揮了重要作用，這通常會(huì)導(dǎo)致路線的改變。同樣，當(dāng)嘗試在莫哈韋沙漠進(jìn)行本底測量時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，即使是不超過 10 座房屋的最小型城鎮(zhèn)的排放也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境本底反復(fù)中斷。

由于駕駛房車而無需經(jīng)常停下來找地方用餐、上洗手間或住宿，小組在 11 天的跋涉中可以說實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測量。事實(shí)上，測量工作通常只在校準(zhǔn)、加注氣瓶或修復(fù)儀器問題時(shí)才會(huì)暫停。當(dāng)小組在偏遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)遇到了氣瓶耗盡的情況，但卻有幸避免了長時(shí)間的延誤。Airgas 公司的路易斯安那州分公司前來救援，更改了本來運(yùn)往加利福尼亞州的一批校準(zhǔn)氣體的路線，使小組能夠繼續(xù)進(jìn)行測量。在整個(gè)行程中，幾位研究人員僅在加利福尼亞州南部就記錄了 6000 多個(gè) GC 測量結(jié)果和 40 多個(gè)小時(shí)的 2 赫茲 Picarro 儀器數(shù)據(jù)。但是，本次行程的可貴之處不僅在于收集的數(shù)據(jù)數(shù)量。數(shù)據(jù)集涵蓋了各種甲烷來源，包括精煉廠和城市等可預(yù)測的人為來源以及濕地等自然來源。

令人驚訝的是，本次行程測得的甲烷來源是自然來源。團(tuán)隊(duì)前往拉布雷亞焦油坑時(shí)，雖然預(yù)計(jì)會(huì)有明顯的甲烷信號(hào)，但從焦油坑及其周邊地區(qū)逸出的地質(zhì)甲烷排放量之大仍遠(yuǎn)超預(yù)期。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，這可能占整個(gè)洛杉磯縣總量的四分之一。其它報(bào)告的測量要點(diǎn)包括：駕車穿越圣貝納迪諾山脈時(shí)獲得的洛杉磯盆地的垂直大氣剖面；以及在附近路易斯安那州發(fā)生大面積山林火災(zāi)時(shí)，三次穿過煙霧估算的排放強(qiáng)度。

　　Leifer博士在談到這次經(jīng)歷時(shí)說：“大部分人在公路旅行時(shí)會(huì)選擇國家公園，而我們則是穿越了美國的工業(yè)腹地，這也很美妙。相比一般的公路旅行，我們必須集中注意力，密切關(guān)注地形、風(fēng)力和事件的細(xì)節(jié)。這樣的經(jīng)歷使我們能夠以全新視角看待某些事物，這是大部分人一般不會(huì)想到的。"

團(tuán)隊(duì)已將其研究成果投稿給《大氣環(huán)境》（Atmospheric Environments）期刊進(jìn)行發(fā)表；在他們計(jì)劃特別提交的第二部分中，他們將把研究成果與衛(wèi)星數(shù)據(jù)（大氣層制圖掃描成像吸收頻譜儀和溫室氣體觀測衛(wèi)星）進(jìn)行對比和聯(lián)系。此行非常成功，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)計(jì)劃于夏季前往加拿大北極地區(qū)的麥肯齊三角洲進(jìn)行測量，并可能在秋季進(jìn)行另一次北美大陸甲烷橫斷面測量。

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