Том 36, номер 03, статья № 9

Мершавка А. Д., Репина И. А., Макаров Р. Д., Денисов Е. А., Ивахов В. М., Лыков А. Д. Исследование применимости полупроводниковых метановых датчиков для измерения эмиссии метана с поверхности водных объектов. // Оптика атмосферы и океана. 2023. Т. 36. № 03. С. 224–238. DOI: 10.15372/AOO20230309.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Исследована применимость полупроводниковых датчиков метана, разработанных для обнаружения взрывоопасных концентраций газа в помещениях, для измерения фоновых концентраций метана в атмосфере и его эмиссий с поверхности водных объектов. В ходе работы был сконструирован экспериментальный образец датчика метана, для которого с целью повышения точности определения содержания метана в воздухе был разработан план калибровки, включающей в себя учет влажности, температуры и давления окружающей среды. Лабораторные и натурные эксперименты показали, что датчики серии TGS способны улавливать изменения концентрации метана от 0,1 ppm (млн-1) и выше и могут быть использованы в плавучих камерах, применяемых для определения эмиссии метана с водной поверхности. Описана схема экспериментальной установки, результаты калибровки и выбора лучшей модели. Также даны рекомендации по дальнейшему развитию устройства.
 

Ключевые слова:

метан, эмиссия метана, водная поверхность, полупроводниковые датчики, камерный метод

Список литературы:

1. Feldman D.R., Collins W.D., Biraud S.C., Risser M.D., Turner D.D., Gero P.J., Torn M.S. Observationally derived rise in methane surface forcing mediated by water vapour trends // Nat. Geosci. 2018. V. 11, N 4. P. 238–243.
2. Stanley E.H., Casson N.J., Christel S.T., Crawford J.T., Loken L.C., Oliver S.K. The ecology of methane in streams and rivers: Patterns, controls, and global significance // Ecol. Monogr. 2016. V. 86, N 2. P. 146–171.
3. Bastviken D., Tranvik L.J., Downing J.A., Crill P.M., Enrich-Prast A. Freshwater methane emissions offset the continental carbon sink // Science. 2011. V. 331, N 6013. P. 50.
4. Walter K.M. Zimov S.A., Chanton J.P., Verbyla D., Chapin F.S. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming // Nature. 2006. V. 443, N 7107. P. 71–75.
5. Deemer B., Harrison A., Li S., Beaulieu J., Delsontro T. Greenhouse gas emissions from reservoir water surfaces: A new global synthesis // Bioscience. 2016. V. 66, N 11. P. 949–964.
6. Kim H.-S., Maksyutov S., Glagolev M., Machida T., Patra P., Sudo K., Inouel G. Evaluation of methane emissions from West Siberian wetlands based on inverse modeling // Environ. Res. Lett. 2011. V. 6. 6 p.
7. Полищук В.Ю., Полищук Ю.М. Моделирование запасов метана в термокарстовых озерах на основе геоимитационного подхода и спутниковых снимков // Информационные технологии и системы. 2020. С. 16–21.
8. Степаненко В.М., Гречушникова М.Г., Репина И.А. Численное моделирование эмиссии метана из водохранилища // Фундамент. и прикл. климатол. 2020. Т. 2. С. 76–99.
9. Lorke A., Bodmer P., Noss C., Alshboul Z., Koschorreck M., Somlai-Haase C., Bastviken D., Flury S., McGinnis D.F., Maeck A., Müller D., Premke K. Technical note: Drifting versus anchored flux chambers for measuring greenhouse gas emissions from running waters // Biogeosci. 2015. V. 12. P. 7013–7024.
10. Bastviken D., Nygren J., Schenk J., Massana R.P., Duc N.T. Technical note: Facilitating the use of low-cost methane (CH4) sensors in flux chambers – calibration, data processing, and an open-source make-it-yourself logger // Biogeoscie. 2020. V. 17. P. 659–667.
11. Aubinet M., Vesala T., Papale D. Eddy covariance: A practical guide to measurement and data analysis. London, New York: Springer Science & Business Media, 2012. 83 р.
12. Burba G. Eddy Covariance Method for Scientific, Industrial, Agricultural and Regulatory Applications: A Field Book on Measuring Ecosystem Gas Exchange and Areal Emission Rates. Lincoln, USA: LI-COR Biosciences, 2013. 331 p.
13. Foken T. Micrometeorology. Heidelberg: Springer, 2017. 362 p.
14. Rantakari M., Heiskanen J.J., Mammarella I., Tulonen T., Linnaluoma J., Kankaala P., Ojala A. Different apparent gas exchange coefficients for CO2 and CH4: Comparing a brown-water and a clear-water lake in the boreal zone during the whole growing season // Environ. Sci. Technol. 2015. V. 49, N 19. P. 11388–11394.
15. Erkkilä K.-M., Ojala A., Bastviken D., Biermann T., Heiskanen J.J., Lindroth A., Peltola O., Rantakari M., Vesala T., Mammarella I. Methane and carbon dioxide fluxes over a lake: Comparison between eddy covariance, floating chambers and boundary layer method // Biogeosci. 2018. V. 15. P. 429–445.
16. Eugster W., Kling G.W. Performance of a low-cost methane sensor for ambient concentration measurements in preliminary studies // Atmos. Meas. Tech. 2012. V. 5, N 8. P. 1925–1934.
17. Riddick S.N., Mauzerall D.L., Celia M., Allen G., Pitt J., Kang M., Riddick J.T. The calibration and deployment of a low-cost methane sensor // Atmos. Environ. 2020. V. 230. P. 117440.
18. World Meteorological Organization Guide to Meteorological Instruments and Methods of Observation. 2017. Geneva, Switzerland, World Meteorological Organization, N 8. 1177 p.
19. Гречушникова М.Г., Бадюков Д.Д., Саввичев A.C., Казанцев B.C. Сезонные и пространственные изменения содержания метана в Можайском водохранилище в летний период // Метеорол. и гидрол. 2017. № 11. С. 67–78.
20. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев B.C., Артамонов А.Ю., Ломов B.A. Эмиссия метана с поверхности долинного Можайского водохранилища // Геогр. и прир. ресурсы. 2019. № 3. С. 77–85.
21. Waldo S., Deemer B.R., Bair L.S., Beaulieu J.J. Greenhouse gas emissions from an arid-zone reservoir and their environmental policy significance: Results from existing global models and an exploratory dataset // Environ. Sci. Policy. 2021. V. 120. P. 53–62.