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