[發明專利]基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法

在審

• 申請號: 202210363444.6
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114739949A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王薇;祝錢錢;單昌功;吳鵬;曾祥昱;查玲玲;徐佳慶
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359;G01W1/02;G01S19/47;G01C21/16
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

1.基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)開展所述點源附近溫室氣體柱濃度的閉環走航觀測，基于安置于車輛上的車載的FTIR光譜儀，于車輛行進中準確追蹤太陽光譜，保證在運動狀態下，所述FTIR光譜儀不間斷的記錄太陽光譜數據，采集太陽光譜；

(2)基于太陽光譜篩選和修正前處理方法，剔除受干擾影響嚴重或擬合效果差的太陽光譜，以控制太陽光譜的質量；基于非線性最小二乘擬合算法反演溫室氣體柱濃度，獲取閉環走航觀測的觀測區域溫室氣體柱濃度分布；

(3)基于所述閉環走航觀測期間測量的溫室氣體濃度結果結合風速風向信息，分析觀測區域溫室氣體濃度分布特征，進行溫室氣體的碳排放通量計算，分析通量計算誤差。

2.如權利要求1所述的基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法，其特征在于：所述步驟(1)中的于車輛行進中準確追蹤太陽光譜包括利用陀螺儀實時了解車輛行進方向，然后讀取GPS經緯度信息計算太陽的天項角與方位角，通過上位機將信息傳遞給電機轉動反射鏡片，實現對太陽的實時追蹤。

3.如權利要求2所述的基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法，其特征在于：所述步驟(2)中的剔除受干擾影響嚴重或擬合效果較差的太陽光譜包括通過光譜篩選標準來篩除受云層、汽車行進間波動影響嚴重或擬合效果較差的太陽光譜，確保反演光譜的質量。

4.如權利要求3所述的基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法，其特征在于：所述步驟(2)中的基于非線性最小二乘擬合算法反演溫室氣體柱濃度包括：

(1)正向建模，利用模擬的溫室氣體先驗氣體廓線、再分析資料插值得到的溫、濕、壓廓線以及CO2和及CH4分子線參數，給出大氣初始狀態向量xa；

(2)將大氣初始狀態向量xa作為xi代入正演模式進行計算，基于大氣輻射傳輸模型卷積儀器線型函數模擬所述FTIR光譜儀接收到的輻射亮度F(x)；

(3)基于牛頓-高斯迭代對太陽光譜進行不斷迭代，得到xi+1，判斷xi+1與xi之差是否滿足閾值，如果滿足，則xi+1即為所求解，同時給出其協方差矩陣，如果不收斂，則統計迭代次數；如果迭代次數大于10，則丟棄，否則按照成本函數更新狀態向量與迭代因子，將更新的狀態向量作為xi繼續迭代；

(4)計算的大氣狀態向量xr是作為先驗狀態向量的大氣初始狀態向量xa和真實大氣狀態向量x經過平均核平滑后的結果：

xr＝xa+(x-xa) (1)

其中，A是反演中的平均核矩陣：

A＝(S-1+KTS-1K)-1KTS-1K (2)

其中，S為反演中的誤差協方差矩陣，K為反演中的雅可比矩陣；所述平均核表示不同高度處濃度變化對反演結果擾動的影響。

5.如權利要求4所述的基于移動FTIR遙感的點源碳排放通量測算方法，其特征在于：所述步驟(3)的基于所述閉環走航觀測期間測量的溫室氣體濃度結果結合風速風向信息，進行點源溫室氣體排放通量計算包括：沿閉環走航觀測車載平臺行進方向閉環積分，就得到溫室氣體在閉環走航區域的排放通量；其中每一組觀測都是在一段時間內完成，用每組觀測的通量相加得到閉環積分：

Flux≈∑VC(Si)·ωi·sin(βi)·ΔSi (3)

其中，VCD(Si)為溫室氣體在第i段觀測的柱濃度，ωi為該段觀測內的風速，βi為風向順時針到行駛方向的夾角，ΔSi為第i段觀測期間車載平臺的形式距離；

當風在第i段觀測處由環外吹向環內時，βi＞180°，該處的通量小于0，表示由環外輸入環內；當風在第i段觀測處由環內吹向環外時，βi＜180°，該處的通量大于0，表示由環內輸出到環外；Flux表示輸出與輸入通量之差，即環內區域的排放通量；對βi＜180°和βi＞180°的觀測分別求和，得到輸入通量Flux，in和輸出通量Flux，out。