使用多种观测方法对填埋场甲烷排放量进行量化的比较

《ACS ES&T Air》：Comparison of Landfill Methane Emission Quantification Using Multiple Observation Methods

排放源监测与量化方法比较研究，采用地面、航空及卫星遥感技术对加拿大安大略省TCEC垃圾填埋场进行为期3.5年的CH4排放监测。通过216次移动在 situ 测量、3次卫星观测（GHGSat和Carbon Mapper）、5次航空在 situ 测量及12节点低精度传感器网络连续监测，比较了7种排放量化方法的性能。结果显示遥感技术（卫星和航空）检测下限较高（约130-300 kg·h?1），适用于大型填埋场（覆盖20-50%加拿大填埋场），而地面在 situ 方法（移动实验室和传感器网络）检测下限更低（16-85 kg·h?1），可覆盖更多中小型填埋场。不同方法间排放率存在系统性偏差，主要源于大气稳定性和风速的不确定性。研究为填埋场CH4排放监测提供了技术选择依据和误差评估框架。

　　在当前全球气候治理背景下，精准量化设施级别的甲烷（CH?）排放量对于实现净零排放目标和减少碳排放具有重要意义。作为温室气体排放的主要来源之一，垃圾填埋场在加拿大扮演着重要角色，是人为甲烷排放的关键组成部分。为了验证基础排放清单中的假设并准确评估排放趋势，对加拿大垃圾填埋场的甲烷排放进行量化分析至关重要。然而，由于填埋场的排放源复杂多变，且其地形条件复杂，这一过程面临诸多挑战。因此，研究不同技术手段在实际环境下的表现，有助于理解各种方法的适用范围和局限性。

本研究聚焦于加拿大安大略省南部的一个大型垃圾填埋场——Twin Creeks Environmental Centre（TCEC），对其在3.5年内的甲烷排放进行了比较分析。研究涵盖了地面、飞机和卫星等多种远程监测技术，以及地面固定、移动和飞机上的实地观测方法。通过比较七种不同的排放量化策略，研究旨在评估这些方法在量化填埋场排放时的优缺点，并进一步探讨其在实际应用中的可行性。

从研究结果来看，不同的技术手段在量化填埋场排放时展现出显著差异。远程监测技术通常具有较高的检测阈值，因此在面对高排放源时表现优异，但它们的适用范围相对有限，仅能准确量化20%至50%的加拿大填埋场。而基于地面的实地观测方法则具有更低的检测阈值，能够适用于大多数可访问的填埋场，其测量结果更为全面。在TCEC的观测中，各方法的排放速率估算结果在整体范围内基本一致，且在不确定范围内重合，这表明尽管存在技术差异，但多种方法可以相互补充，共同提高对填埋场排放的估算精度。

地面移动实地测量方法能够提供高精度的排放数据，且在不同天气条件下都能有效捕捉填埋场的排放特征。这种技术方法需要频繁的测量以应对排放的波动性，但在本研究中，通过216次移动测量，研究人员相信其数据分布能够代表填埋场的真实排放情况。相比之下，低精度传感器网络（LPSN）虽然能够实现连续监测，但其提供的排放数据存在较大的不确定性。此外，SOOFIE平台虽然提供了连续的排放数据，但其计算出的排放速率分布与其它方法相比存在较大偏差，这可能是由于其专为点源设计，而非针对填埋场这种大面积源。

飞机实地测量和卫星遥感技术在某些情况下能够提供有效的排放数据，尤其在能够捕捉整个填埋场排放的条件下。然而，由于其受天气条件限制，例如需要晴朗天空才能进行测量，这在一定程度上影响了其应用范围。例如，GHGSat的卫星遥感技术虽然具有较高的分辨率，但其检测能力受限于气象条件，导致部分观测无法识别填埋场的甲烷排放。而Carbon Mapper的航空和卫星遥感数据则具有较高的应用潜力，尤其是其航空观测数据能够捕捉到填埋场的排放特征，尽管其卫星观测数据在某些情况下因云层遮挡而无法有效识别。

研究还发现，随着更多填埋场被纳入监测范围，较低的排放水平也可能被量化，这将有助于提高对填埋场排放的检测能力。然而，如果加拿大在固体废弃物管理方面的减排目标得以实现，设施级别的甲烷排放可能会显著减少，因此需要不断改进监测技术和算法，以适应未来排放水平的变化。

总体而言，本研究通过多种技术手段对TCEC的甲烷排放进行了系统分析，揭示了不同方法在检测能力、数据精度和适用性方面的差异。这种比较不仅有助于理解当前监测技术的局限性，还为未来排放监测和减排策略的制定提供了科学依据。同时，研究也指出，随着技术的进步和数据的积累，这些方法的检测能力有望进一步提升，从而更好地支持全球气候行动。