利用机载短波红外（SWIR）成像与地面通量箱对城市生活垃圾填埋场开展多年甲烷排放测量

《Environmental Technology & Innovation》：Multi-year methane emission measurements at a municipal solid waste landfill using airborne SWIR imaging and ground-based flux chambers.

　　

这项多年期研究评估了机载短波红外（SWIR）成像光谱仪与重复通量箱（flux chamber）测量在表征某城市生活垃圾（MSW）填埋场由活跃运行向闭场后（post-closure）条件过渡期间甲烷排放方面的性能。研究目标包括：评价通用型SASI-600机载SWIR成像光谱仪的现场表现与可重复性；刻画选定填埋位置处通量箱衍生的甲烷地表通量的时空变异性；以及评估两种观测手段的能力与局限。在五次机载获取与六次地面作业中，甲烷柱增强（ΔXCH4）在近源处约达250 ppm·m，在探测到的羽流内降至约50 ppm·m。积分质量增强估算表明排放速率为7.8–15.1 kg CH4 h?1。通量箱测量显示强空间变异性：在新近堆填并与土壤混合的废物及堆填1–3年的废物中，通量约达15,000 mg CH4 m?2 d?1；在含至多10年龄级混合废物中高达38,000 mg CH4 m?2 d?1。高通量箱通量并未持续对应可探测的机载增强，说明空间受限、间歇或快速扩散排放可能在过顶（overpass）时被遗漏；反之，机载成像支持全场筛查并探测到通量箱采样点之外的局部成羽流源。结果为以下提供点位证据：重复机载与地表测量可支撑闭场过渡期填埋场甲烷排放表征与监测，并凸显了将机载增强探测与现场通量测量集成的潜力。

研究背景方面，尽管1990至2022年欧盟垃圾处理部门甲烷排放减少37%，城市生活垃圾（MSW）填埋场仍是重要甲烷源，且监管在气体累积与迁移监测上执行不足。中东欧如捷克亦面临此类排放。填埋场甲烷具逃逸性、间歇性与空间异质性，传统微气象、示踪、光学遥感与箱法各有局限：机载SWIR成像可全场筛查但易漏小源，通量箱可原位定点但难覆盖全场。闭场后填埋场仍具环境相关性，需持续监测。因此研究人员在捷克南摩拉维亚Klobouky u Brna附近一自1994年运行、三年前停收废物、具8 ha复杂地形与被动排气管网的MSW填埋场，开展机载SASI-600 SWIR成像（5航次）与地面通量箱（6航次）多年联合观测，旨在评价通用成像仪性能、刻画通量时空变异、明确两法优劣。论文发表于《Environmental Technology》。

关键技术方法上，研究人员采用挂载于Cessna 208B的SASI-600传感器（950–2450 nm，光谱分辨率15 nm，空间分辨率0.75–2 m）获取SWIR数据，同步用SONY ILCE-7M3帧相机获0.08 m RGB影像辅助解译；地面端在代表不同废龄与覆土条件（新填混土压实、1–3年混土、≤10年混合龄级、植被覆盖老单元、10与15年回填监测单元）的位点布设通量箱测地表通量。数据处理用RadCorr做辐射校正、GeoCor做参数化几何校正与正交化，EnMAP-Box中做连续统去除（continuum removal）提取1.63–1.69 μm与2.20–2.39 μm甲烷吸收带，以1?CR>0.02作羽流掩膜；用HITRAN高分辨截面经高斯仪器响应（FWHM=15 nm）卷积得波段平均吸收向量k_j，算甲烷增强代理α，再以匹配滤波（matched filter）估ΔXCH₄（ppm·m）；通量箱依腔内浓度时变算mg CH₄ m^?2 d^?1。

研究结果部分，引言（Introduction）指出填埋甲烷监测缺口与两法互补必要。材料与方法（Materials and methods）中研究点（Study site）说明场地自1994年运营、三年前闭场、含被动排气管网与多龄级单元；机载获取（Airborne data acquisition）列明五航次日期、空间分辨率0.75–2 m及气象（气温13–22℃、风速2.9–7.0 m/s）；机载处理（Airborne data processing）给出连续统去除、α代理与匹配滤波反演ΔXCH₄的全链。摘要已述：近源ΔXCH₄≈250 ppm·m、羽流内≈50 ppm·m，积分排放7.8–15.1 kg CH₄ h^?1；箱法通量在新填/1–3年废物达15,000 mg CH₄ m^?2 d^?1，混合龄级≤10年达38,000 mg CH₄ m^?2 d^?1；高通量箱热点不一定被机载捕捉，机载却探得箱外成羽流源。讨论（Discussion）归纳：SASI-600作为非专用通用SWIR仪可绘δXCH₄图但受源强、气象与空间分辨率限制，对<5–10 kg h^?1或小范围快速扩散源易漏检；通量箱揭示覆土与废龄控制通量量级，但采样稀疏难推全场；两法重复联合可互补——机载做筛查定位、箱体做点位量化。结论（结论部分翻译）为：多年重复机载SWIR成像与地面通量箱测量可为MSW填埋场自活跃向闭场过渡期甲烷排放表征提供点位证据；SASI-600具现场可用性但非替代专用甲烷仪；通量箱显空间异质性强且与机载增强非一一对应；集成机载柱增强探测与现场通量测量是闭场期监测的可行路径。