測(cè)量大氣中的溫室氣體的網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)的主題一般涉及用于測(cè)量大氣中的溫室氣體并確定這些氣體的匯（sink) 和源的方法和裝置（包括計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品）。
【背景技術(shù)】
[0002] 溫室氣體向大氣中的釋放在全世界范圍具有顯著的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)影響。地方政府、 州政府以及聯(lián)邦政府處于監(jiān)測(cè)和控制溫室氣體排放以防止對(duì)地球氣候和環(huán)境的進(jìn)一步損 害的日益增加的壓力下。一種挑戰(zhàn)是在分布式地理區(qū)域上準(zhǔn)確地測(cè)量大氣中的溫室氣體以 確定溫室氣體的潛在源的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 總體概述之，本文中所描述的技術(shù)涉及大氣中的溫室氣體的測(cè)量、用于執(zhí)行該測(cè) 量的設(shè)備的校準(zhǔn)以及溫室氣體的匯和源的確定。這些技術(shù)提供對(duì)分布式地理區(qū)域上的大氣 溫室氣體的實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)量。這些技術(shù)還通過(guò)使現(xiàn)場(chǎng)（insitu)溫室氣體測(cè)量設(shè)備的測(cè) 試和操作自動(dòng)化并受控制來(lái)提供現(xiàn)場(chǎng)溫室氣體測(cè)量設(shè)備的改進(jìn)的校準(zhǔn)。這些技術(shù)還提供溫 室氣體測(cè)量數(shù)據(jù)的收集、建模和分析以準(zhǔn)確地確定潛在的溫室氣體匯和源的位置。
[0004] 在一個(gè)方面中，本發(fā)明以一種用于測(cè)量溫室氣體的方法為特征（feature)。該方 法包括：在校準(zhǔn)設(shè)備處從暴露于地球大氣的第一端口接收大氣氣體的第一樣本；以及在該 校準(zhǔn)設(shè)備處從暴露于地球大氣的第二端口接收大氣氣體的第二樣本。該方法包括：通過(guò)該 校準(zhǔn)設(shè)備將第一樣本和第二樣本路由（route)至測(cè)量設(shè)備以用于溫室氣體分析。該方法 包括：通過(guò)該測(cè)量設(shè)備確定存在于該第一樣本和第二樣本中的至少一個(gè)中的溫室氣體的特 性；以及通過(guò)該測(cè)量設(shè)備將與所確定的溫室氣體的特性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算設(shè)備。
[0005] 在另一方面中，本發(fā)明以一種用于校準(zhǔn)溫室氣體測(cè)量設(shè)備的方法為特征。該方法 包括：在校準(zhǔn)設(shè)備處從被耦合至該校準(zhǔn)設(shè)備的栗接收第一溫室氣體量。該方法包括：經(jīng)由 該校準(zhǔn)設(shè)備將該第一溫室氣體量傳遞至該測(cè)量設(shè)備。該方法包括：通過(guò)該測(cè)量設(shè)備確定存 在于該第一溫室氣體量中的溫室氣體的特性；以及通過(guò)該測(cè)量設(shè)備將該特性傳輸至計(jì)算設(shè) 備。該方法包括：由該計(jì)算設(shè)備通過(guò)對(duì)該特性應(yīng)用校正來(lái)校準(zhǔn)該特性。
[0006] 在另一方面中，本發(fā)明以一種用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的系統(tǒng)為特征。該系統(tǒng) 包括：校準(zhǔn)設(shè)備，被配置成從暴露于地球大氣的第一端口接收大氣氣體的第一樣本，并從暴 露于地球大氣的第二端口接收大氣氣體的第二樣本。該校準(zhǔn)設(shè)備被配置成將該第一樣本和 該第二樣本路由至測(cè)量設(shè)備以用于溫室氣體分析。該系統(tǒng)包括：測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備被配 置成確定存在于該第一樣本和該第二樣本中的至少一個(gè)中的溫室氣體的特性，并將與所確 定的該溫室氣體的特性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算設(shè)備。
[0007] 在另一方面中，本發(fā)明以一種用于校準(zhǔn)溫室氣體測(cè)量設(shè)備的設(shè)備為特征。該設(shè)備 包括：一個(gè)或多個(gè)入口，用于從暴露于地球大氣的一個(gè)或多個(gè)端口接收大氣氣體的樣本； 以及一個(gè)或多個(gè)栗，用于調(diào)節(jié)經(jīng)由入口所接收的大氣氣體的流動(dòng)（flow)。該設(shè)備包括一個(gè) 或多個(gè)校準(zhǔn)罐和一采樣模塊。該采樣模塊包括耦合至該一個(gè)或多個(gè)栗和該一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn) 罐的閥、壓力和溫度控制器、以及干燥器。該采樣模塊被配置成使用該閥來(lái)從栗和校準(zhǔn)罐中 的一個(gè)或多個(gè)中采樣氣體、使用壓力和溫度控制器來(lái)調(diào)節(jié)被采樣氣體的壓力和溫度、使用 干燥器來(lái)從被采樣氣體中移除水汽、以及將該氣體從干燥器傳送至測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備 被配置成確定存在于被采樣氣體中的溫室氣體的特性。
[0008] 在另一方面中，本發(fā)明以一種用于測(cè)量溫室氣體的方法為特征。該方法包括：在服 務(wù)器計(jì)算設(shè)備處從兩個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備接收一值，該值表示在兩個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè) 量設(shè)備的位置處所收集的大氣氣體的樣本中所包含的溫室氣體的量。該方法包括：在服務(wù) 器計(jì)算設(shè)備處從位于兩個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的位置處或附近的兩個(gè)或更多個(gè)氣象觀 測(cè)儀接收大氣條件數(shù)據(jù)。該方法包括：由中央計(jì)算設(shè)備比較從兩個(gè)或更多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備 接收的溫室氣體量值以確定相應(yīng)的溫室氣體量值之間的相似和差異。該方法包括：由服務(wù) 器計(jì)算設(shè)備比較從兩個(gè)或更多個(gè)氣象觀測(cè)儀接收的大氣條件數(shù)據(jù)以確定相應(yīng)的大氣條件 數(shù)據(jù)之間的相似和差異。
[0009] 在一些實(shí)施例中，以上方面中的任一個(gè)可包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)。在一些 實(shí)施例中，第一端口位于離開(kāi)地面至少80米處。在一些實(shí)施例中，第二端口位于與第一端 口相同的位置處。在一些實(shí)施例中，第二端口與第一端口分開(kāi)至少20米。
[0010] 在一些實(shí)施例中，路由（routing)步驟包括：確定該第一樣本和第二樣本中的至 少一個(gè)的壓力和溫度；將所確定的壓力和溫度傳輸至計(jì)算設(shè)備；將干燥劑應(yīng)用于該第一樣 本和第二樣本中的至少一個(gè)；以及將該第一樣本和第二樣本中的至少一個(gè)傳遞至測(cè)量設(shè) 備。在一些實(shí)施例中，該干燥劑從該第一樣本和第二樣本中的至少一個(gè)中吸收水汽。
[0011] 在一些實(shí)施例中，該測(cè)量設(shè)備使用腔衰蕩激光光譜來(lái)確定該第一樣本和第二樣本 中的至少一個(gè)中的溫室氣體的特性。在一些實(shí)施例中，與所確定的溫室氣體的特性相關(guān)聯(lián) 的數(shù)據(jù)包括與溫室氣體的量相對(duì)應(yīng)的數(shù)值、與第一端口和第二端口的位置相關(guān)聯(lián)的大氣條 件數(shù)據(jù)、以及時(shí)間戳數(shù)據(jù)。
[0012] 在一些實(shí)施例中，測(cè)量設(shè)備接收一調(diào)度，并且測(cè)量設(shè)備基于該調(diào)度來(lái)接收第一樣 本和第二樣本中的至少一個(gè)。在一些實(shí)施例中，耦合至計(jì)算設(shè)備的顯示設(shè)備顯示與所確定 的溫室氣體的特性相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。
[0013] 在一些實(shí)施例中，該校準(zhǔn)設(shè)備從耦合至該校準(zhǔn)設(shè)備的栗接收第一溫室氣體量、將 該第一溫室氣體量傳遞至該測(cè)量設(shè)備、并基于該第一溫室氣體量來(lái)校準(zhǔn)該測(cè)量設(shè)備中被用 于測(cè)量溫室氣體的測(cè)量?jī)x器。在一些實(shí)施例中，該校準(zhǔn)設(shè)備被配置成從耦合至該校準(zhǔn)設(shè)備 的栗接收第一溫室氣體量、將該第一溫室氣體量傳遞至該測(cè)量設(shè)備、并基于該第一溫室氣 體量來(lái)校準(zhǔn)該測(cè)量設(shè)備中被用于測(cè)量溫室氣體的測(cè)量?jī)x器。
[0014] 在一些實(shí)施例中，采樣模塊被配置成測(cè)量被采樣氣體的壓力，并將所測(cè)得的壓力 值傳輸至測(cè)量設(shè)備。在一些實(shí)施例中，耦合至該閥的采樣控制器被配置成指示（instruct) 該閥從一個(gè)或多個(gè)栗中的一個(gè)或一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)罐中的一個(gè)中采樣氣體。在一些實(shí)施例 中，該采樣控制器指示該閥以預(yù)定的順序從一個(gè)或多個(gè)栗和一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)罐中采樣氣 體。
[0015] 在一些實(shí)施例中，入口經(jīng)由管被耦合至端口。在一些實(shí)施例中，由一個(gè)或多個(gè)入 口所接收的大氣氣體是空氣。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)罐中的至少一個(gè)包含用 于使校準(zhǔn)設(shè)備歸零（zeroing)的氣體。在一些實(shí)施例中，該閥被進(jìn)一步親合至輔助進(jìn)氣口 (intake)，該輔助進(jìn)氣口被配置成訪問(wèn)附加的氣體源。在一些實(shí)施例中，該采樣設(shè)備被配置 成從校準(zhǔn)設(shè)備接收質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，并基于該質(zhì)量控制數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)氣體的采樣。
[0016] 在一些實(shí)施例中，確定步驟是基于所聚合數(shù)據(jù)的反演建模。在一些實(shí)施例中，大氣 條件數(shù)據(jù)包括風(fēng)速和風(fēng)向，聚合步驟進(jìn)一步包括基于大氣條件數(shù)據(jù)來(lái)生成地理網(wǎng)格，該地 理網(wǎng)格表示大氣中的溫室氣體的概率量以及溫室氣體的移動(dòng)。在一些實(shí)施例中，服務(wù)器計(jì) 算設(shè)備實(shí)時(shí)地接收溫室氣體量值和大氣條件數(shù)據(jù)。
[0017] 在一些實(shí)施例中，聚合步驟包括確定暴露于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備的感興趣區(qū)域中的溫室 氣體的潛在源，其中確定溫室氣體的潛在源是基于預(yù)先存儲(chǔ)的信息。在一些實(shí)施例中，確定 步驟估算溫室氣體匯和溫室氣體源的位置。在一些實(shí)施例中，匯和源的所估算的位置包括 不確定性范圍。在一些實(shí)施例中，基本上實(shí)時(shí)地執(zhí)行確定步驟。
[0018] 在一些實(shí)施例中，服務(wù)器計(jì)算設(shè)備根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備和氣象觀測(cè)儀的位置來(lái)聚合 溫室氣體量值和大氣條件數(shù)據(jù)，并基于聚合步驟和比較步驟來(lái)確定溫室氣體的源。
[0019] 本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將在考慮結(jié)合僅以示例方式示出本發(fā)明原理的附圖的 情況下從以下詳細(xì)描述中變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 通過(guò)參考結(jié)合附圖的以下描述可更好地理解以上描述的本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)以及進(jìn)一 步的優(yōu)勢(shì)。附圖不一定是按比例繪制的，相反一般重點(diǎn)在于解說(shuō)本發(fā)明的原理。
[0021] 圖1是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的系統(tǒng)的框圖。
[0022] 圖2是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的系統(tǒng)的栗模塊的詳細(xì)框圖。
[0023] 圖3是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的系統(tǒng)的多個(gè)校準(zhǔn)罐的詳細(xì)框圖。
[0024]圖4是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的系統(tǒng)的校準(zhǔn)設(shè)備的詳細(xì)框圖。
[0025] 圖5是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的方法的流程圖。
[0026] 圖6是用于校準(zhǔn)溫室氣體測(cè)量設(shè)備的方法的流程圖。
[0027] 圖7是用于使用地理上分布的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)來(lái)測(cè)量溫室氣體的方法的流程圖。
[0028] 圖8是用于使用通過(guò)地理上分布的節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)所獲得的數(shù)據(jù)來(lái)確定溫室氣體的 源的方法的流程圖。
[0029] 圖9是用于測(cè)量大氣中的溫室氣體的地理上分布的節(jié)點(diǎn)的