二氧化碳气体探测器

据悉，中国科学院大气物理研究所基于低成本中精度温室气体传感器，研究团队成功构建地基—无人机协同碳观测网络（LUCCN），并利用该观测网络对发电厂二氧化碳排放进行了定性和定量研究。相关研究成果在线发表于《大气科学进展》杂志。人为排放的大量二氧化碳留存在大气中，造成全球气候的显著变化。为尽快落实《巴黎协定》，降低气候变化对人类的影响，控制人为碳排放已成为社会各界的基本认识。“然而，由于对城市地区、重点行业的二氧化碳排放情况了解不足，我们目前掌握的全球碳收支情况仍具有很大的不确定性。”论文第一作者、中国科学院大气物理研究所副研究员杨东旭说，考虑到人为排放源具有较高的排放强度和复杂多变性，有必要对大气二氧化碳浓度变化开展密集、高质量的连续探测。为此，来自中国科学院大气物理研究所、中国科学院空天信息创新研究院等单位的多个科研团队紧密合作，在广东省深圳市和广西壮族自治区南宁市先后开展了针对城市地区和重点行业的温室气体地基遥感和无人机综合观测实验。实验中，杨东旭团队构建了一套地基便携设备和无人机飞行阵列协同的碳观测网络，以弥补温室气体探测卫星时空连续性不足的缺憾，形成了针对排放源的立体观测网络。该观测网络由5台地基观测设备和4台无人机设备构成，能够实现空—地协同的温室气体原位探测。杨东旭说：“这些探测设备均采用低成本、高精度的非色散红外传感器对大气二氧化碳浓度进行探测，每台地基观测设备均配备了高精度微型气象站，辅助后续的数据定标和量化分析。”杨东旭表示，新观测网络兼具地基和无人机的探测能力，在探测的时间连续性、空间覆盖度、机动性等方面具有明显优势，极大地提升了探测数据的有效信息含量。

9月29日，中国气象局发布《2020年中国温室气体公报（总第10期）》。当日，中国气象局科技与气候变化司副司长严明良在中国气象局10月新闻发布会上介绍，2020年我国6个区域本底站的二氧化碳和甲烷浓度与2019年相比总体呈现增加趋势。中国气象局科技与气候变化司副司长严明良（图片来源：中国气象局）严明良表示，《2020年中国温室气体公报（总第10期）》与联合国世界气象组织（WMO）发布的《2020年WMO温室气体公报》相呼应，报告了中国2020年主要温室气体监测数据情况。严明良介绍，目前中国气象局有7个国家大气本底站开展温室气体业务观测，分别为青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山、湖北金沙、云南香格里拉和新疆阿克达拉。瓦里关国家大气本底站是世界气象组织全球32个大气本底站之一。2020年瓦里关国家大气本底站观测的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度分别为414.3±0.2 ppm、1944±0.7 ppb、333.8±0.1 ppb，与北半球中纬度地区平均浓度大体相当，二氧化碳浓度较2019年增幅约2.5ppm，与全球增幅持平。2020年我国6个区域本底站的二氧化碳和甲烷浓度与2019年相比总体呈现增加趋势。据悉，中国气象局在世界气象组织框架下，协调中国区域的温室气体及相关微量成分高精度观测，所用数据处理方法、标准、流程均与国际接轨，自上世纪九十年代开始温室气体本底浓度观测。从2016年起，我国发射3颗二氧化碳在轨卫星，2018年开始开展机载温室气体在线观测和平流层温室气体原位观测试验。2021年，中国气象局组建了包含44个国家级气象观测台站和16个省级气象观测站在内的国家温室气体观测网。截至目前，已经初步形成天、空、地一体化的温室气体立体观测能力。温室气体主要包括《京都议定书》限排的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、六氟化硫（SF6）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、三氟化氮（NF3），以及《蒙特利尔议定书》限排的消耗臭氧层物质。世界气象组织/全球大气监测网（WMO/GAW）负责协调大气温室气体及相关微量成分的系统观测和分析。大气温室气体浓度联网监测分析是历次《联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）科学评估报告》《联合国气候变化框架公约（UNFCCC）》、WMO和联合国环境规划署（UNEP）《臭氧损耗科学评估报告》等的数据来源和科学基础。2021年10月25日，WMO发布《2020年全球温室气体公报》。公报采用的大气温室气体浓度数据来自WMO/GAW、全球大气气体先进试验（AGAGE）等。公报称，全球大气主要温室气体浓度继续突破有仪器观测以来的历史记录，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的浓度分别达到413.2±0.2 ppm、1889±2 ppb、333.2±0.1 ppb，2020年大气二氧化碳浓度增幅约2.5 ppm，高于过去十年平均增幅（2.4 ppm）。2020年全球大气甲烷和氧化亚氮浓度也达到了新的高度，增幅分别达11 ppb和1.2 ppb。根据美国国家海洋大气局（NOAA）的温室气体指数分析结果，2020年由大气长寿命温室气体引起的辐射强迫相比1990年上升了约47%，而其中二氧化碳的贡献超过80%。会上，严明良还表示，未来，中国气象局将进一步提升观测能力，形成覆盖我国16个气候关键区并辐射全球主要纬度带的全要素温室气体本底观测骨干网，增强全球大气二氧化碳和甲烷宽覆盖、高精度、高时空分辨率的业务化观测能力，基于我国自主卫星，联合多种星载探测手段，提高全球温室气体监测水平，为顺利实现我国碳达峰目标和碳中和愿景目标提供科学监测支撑。中国气象局气象探测中心副主任张雪芬在会上透露，“十四五”期间，中国气象局计划在全国16个气候关键观测区增补9个大气本底站，现正在开展前期的选址等相关工作。中国气象局气象探测中心副主任张雪芬（图片来源：中国气象局）同时，“十四五”期间，中国气象局还计划在我国主要的地、市级以上城市以及区域代表性好的地区，开展以二氧化碳为主的温室气体浓度的高精度在线观测和通量观测，并且有针对性地推动开展甲烷等非二氧化碳等温室气体浓度的观测，以满足我国碳中和监测评估系统的评估的需求。此外，中国气象局还将进一步加强国家级、省级在温室气体观测计量、标校溯源等方面的能力，进一步发挥中国气象局在我国温室气体监测方面的优势。

众所周知，正常空气中二氧化碳的比例约为0.03％，但由于工业尾气排放，森林减少等原因，空气中二氧化碳的浓度屡创新高！今天，小菲就和大家一起看看德国公共服务广播公司ZDF使用FLIR GF343光学气体成像红外热像仪追踪二氧化碳的纪录片，一起看二氧化碳被排放的瞬间！01可视化二氧化碳德国公共服务广播公司ZDF制作了一个关于温室气体二氧化碳（CO?）的纪录片, 此纪录片可以在全球商业杂志类节目makro上观看。为此，ZDF记者Manfred Kessler和摄影师Armin Vater需要一种能证明二氧化碳存在的可靠方法，但肉眼无法看见二氧化碳。记者Manfred Kessler表示，曾看到过一些红外热像仪将二氧化碳可视化的视频，“在视频中，你可以清楚地看到带特定滤光片的红外热像仪是如何可视化二氧化碳排放的，例如由人或动物呼出的二氧化碳。除此之外，这台热像仪还能够显示从汽车、飞机或化工厂排放出来的二氧化碳。”因此，他们立即寻求与FLIR公司合作，FLIR公司推荐了一款专门用于将二氧化碳可视化的热像仪。02FLIR GF343——CO?专属热像仪并非所有的热像仪都能检测到气体。通常而言，红外热像仪仅将场景中的不同温度显示为不同色彩，将热能可视化。你需要一个配备制冷型探测器、专门捕捉特定波长，并配合特定滤光片的热像仪，才能检测到指定气体。虽然传统红外热像仪近年来已变得更加普遍且其可选配件也经济合算，如FLIR ONE PRO手机红外热像仪，但是在整个德国，仅有少数几款热像仪能够可视化二氧化碳。FLIR GF343就是一款能在安全距离内快捷发现二氧化碳泄漏源的光学气体热像仪。FLIR GF343搭载一颗由锑化铟（InSb），即铟（In）和锑（Sb）元素的化合物制成的高灵敏度探测器，在光电子学领域锑化铟是制造红外传感器的合适材料。探测器装有特定的滤光片，使其能够记录从4200nm到4400nm的极窄波长范围内的图像，该波长范围恰好是二氧化碳能被可视化的红外波长范围。但是，为了实现这一点，探测器本身必须处于极冷条件下：准确说是-198℃。为此，热像仪内部安装了一个Sterling制冷器，以产生极低温度。这需要时间，制冷器在开启后工作大约5分钟，直到探测器足够冷且热像仪可以使用。03学习操作FLIR光学气体热像仪在节目拍摄前，FLIR公司在法兰克福向摄影师Armin Vater和他的同事Lasse Brünjes介绍了 FLIR GF343的一些操作方法。他们不仅学习了热像仪的一般操作功能（记录视频或静态图像、变更设置、更换电池等），也学习了一些对红外成像很重要的特殊功能：选择正确的调色板依据红外辐射强度分配一系列颜色，FLIR热像仪提供一系列调色板，将原本肉眼不可见的红外光谱变得可见。调色板可以是黑白的，将较冷区域显示为深灰和黑色，将较暖区域显示为浅灰色和白色。这种调色板常用于安全部门的红外热像仪上，鉴于其色调简单，从远处检测人员将变得更加容易，在颜色较深的环境中将人显示为明亮的白点。但是，热像仪还有其它调色板，如彩虹色调色板或铁红色调色板，颜色从白色/黄色到深红/紫色。特殊的高灵敏度模式（HSM）能非常清晰地显示气体排放物，这对于移动的视频图像非常有帮助。但是，使用红外热像仪进行作业需要专业知识。例如，使用红外热像仪无法透过玻璃进行检测，这也是热像仪的镜头不采用玻璃材质而采用锗元素的原因。顺带提一下，红外热像仪也无法像我们有时在好莱坞电影中看到的那样，透过墙壁检测人体或热信号，这纯属虚构。但是，那并不是来自makro的拍摄制作团队想要利用FLIR GF343实现的真正作用。取而代之的是，摄影师Armin Vater和他的同事Lasse Brünjes拍摄了一个繁忙十字路口的汽车排放情况，法兰克福机场上飞机的二氧化碳排放情况，一座化工厂的烟囱和居民楼的烟囱，还有人呼出的气体。有了巨大的发现：尽管在肉眼看来，化工厂的烟囱似乎没有任何活动，但是FLIR GF343能清晰地显示出二氧化碳烟柱。makro纪录片已于2019年12月在3Sat播出，想要详细了解有关制造业、旅游业和其它工业领域中二氧化碳排放的情况的菲粉们，可以在makro媒体中心观看。