作者:刘文浩 张树良 来源: 中国科学报 发布时间:2021-9-24
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新型量子成像仪可监测油气开发甲烷泄漏

近日,英国研究与创新机构(UKRI)发布消息称,布里斯托大学QLM技术公司研发出一款新型的量子成像仪,可以实现对石油和天然气开发过程中甲烷泄漏的监测,将有效支撑未来油气行业的生产安全和温室气体排放管控。该研究是UKRI投资224万英镑资助的“单光子激光雷达碳排放成像”(SPLICE)项目的重要成果。

随着天然气成为主要的化石燃料,工业气体泄漏正成为碳排放的主要来源。甲烷如果被释放到大气中,其温室气体效应比二氧化碳强84倍。因而甲烷的大规模泄漏将引发严重后果。科学家估计,如果仅3.2%的甲烷从气井中泄漏而不被燃烧,那么天然气的环保性比煤炭更差。因此,必须尽量减少或完全消除甲烷泄漏。SPLICE项目组建了一个世界领先的科学和工业联盟,旨在开发基于时间相关单光子计数的气体(甲烷)成像仪,这是量子技术的早期应用之一。这项革命性的技术将实现对工业甲烷泄漏的低成本精确检测,使全球天然气行业能够控制温室气体排放,以减缓气候变化。此前基于激光的甲烷检测系统需使用复杂且昂贵的镜子阵列将光线反射到传统探测器中。相比之下,QLM技术公司的产品使用了一个单光子雪崩探测器,它非常敏感,只需探测几个光子,因此不需要镜子就能“看到”气体。开发人员指出,油气行业甲烷排放规模是巨大的,仅在北美就有50多万口生产中的气井,全世界还有数千个海上钻井平台和天然气储存设施。在英国,有24个主要管道压缩机站——其主要为长距离天然气管道提供能量,以及数百个地面存储装置。该成像仪可以持续检测、量化和模拟泄漏的发展,并在气体泄漏时立即通知工厂操作人员。该技术代表了对当前检测方法的重大改进。

QLM技术公司未来将联合英国谢菲尔德大学、阿斯顿大学和布里斯托大学,扩大新传感器的气体探测范围,使之能够用于除甲烷以外的其他温室气体检测。研究人员表示,该成果也为在农业等其他领域使用这项技术提供了可能性。(刘文浩

小型卫星助力大气颗粒物评估

近日,美国阿拉巴马大学亨茨维尔分校发布研究进展称,由该校地球系统科学中心研究人员开展的最新研究证实,小型商业卫星能够在大气颗粒物调查中发挥作用。相关研究成果发表于近期出版的Remote Sensing。

该研究由该国宇航局(NASA)商业小型卫星数据采集项目资助,是首批使用商业高分辨率小卫星数据进行空气质量调查的研究之一,旨在研究如何将PlanetScope传感器数据应用到Planet公司部署的100多颗Dove小型卫星上,以开展细颗粒物空气质量评估。Dove卫星结构为3U配置,即每颗卫星由3个立方体卫星组合而成,尺寸为10×10×30cm。

由于目前全球范围内的大型地面空气质量监测站网络(比如美国环境保护署的空气质量系统)只提供地面监测点的特定位置的空气质量信息,所以大气科学家利用各种卫星数据以填补其监测空白,并在广阔和连续的空间尺度上监测空气质量参数。而商业企业一直走在提供高分辨率卫星图像的前沿。Planet公司是业内第一家在同一网络中为地球观测的特定目的发射众多小型卫星的公司,同时还有许多其他公司已经拥有或正在计划构建不同用途的小型卫星网络。Planet公司能够提供每日覆盖大部分地球陆地的高分辨率监测数据,这是大多数其他商用卫星所无法做到的,它们的任务是根据用户的要求专注于地球的特定区域。研究人员指出,尽管政府卫星也在提供空气质量信息,但其空间分辨率远不及商业卫星,例如NASA的中分辨率成像光谱辐射计只能提供精度低至250米的各种空气质量参数,但PlanetScope的精度可达3米。因此,在政府资助研发的卫星具有竞争力之前,商业卫星数据将在非常广泛的科学应用中受到高度追捧。

虽然商业卫星优势明显,但研究人员也发现了使用小型卫星进行大气颗粒物研究的一些缺点。研究人员称,研究是对使用商业高分辨率立方体卫星数据的可行性的初步调查,虽然这些数据显示了其在空气质量评估应用方面的良好前景,但如何确保数据一致性是需要考虑的主要问题,因为数据是由130多个独立传感器数据合并而成的。此外,小型卫星观测地球的波段数量有限,目前商用卫星传感器仅有3~4个波段,通常只覆盖光谱的近红外可见部分。这对于需要更多电磁波谱覆盖的研究来说无疑是一个缺点。

研究人员称,目前的工作首先是基于校准概念确定数据质量,然后则是评估地理位置的准确性。该研究为上述工作提供了框架和方法。未来还将进一步改进利用商业卫星的相关技术并继续评估数据质量。(张树良

相关论文信息:https://doi.org/10.3390/rs13152981

《中国科学报》 (2021-09-24 第2版 国际)
 
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