Picarroフラックス分析器を用いた北米大陸メタン横断面測定

カリフォルニア大学サンタバーバラ校海洋科学研究所Ira Leifer博士

カリフォルニア州サンタバーバラ・カリフォルニア大学サンタバーバラ校の科学者Ira Leifer博士、Paige Farrell博士、Dan Culling博士はこのほど、米南部のメタン横断面測定を完了し、途中でそのPicarroフラックス分析器をルイジアナ州の待機船に引き渡した。Picarroアナライザやその他の機器は当初、船上測定用にのみ使用される予定だったが、Leifer博士は、輸送費や港に到着する費用を考慮して、機器を車で輸送し、遠隔移動メタンデータを収集する機会になると考えている。チームはすぐにレンタカーを借りて、計器を取り付け、ほぼ2週間昼夜を分かたず運転し、カリフォルニア州サンタバーバラを出発し、ルイジアナ州ココデリーとフロリダ州サンクトペテルブルクに向かい、カリフォルニア州南部に戻った。移動計測はますます普及していますが、私たちが知っている限りでは、このチームは移動地上計測を実現するために車載オンラインコンポーネントを追加したチームです。

チームは、住宅車にガスクロマトグラフ（GC）、GPS、パワーコンディショナ、携帯電話モデムを搭載した携帯型コンピュータ数台、Picarroフラックスアナライザ1台、「エアプレス」と呼ばれる30フィートカスタム空気サンプリングポートを搭載した。空気サンプリング口は、住宅車の前方に10フィート突出した4インチABSパイプで作られている。チームが直面している課題は、GCが地面や壁の振動に影響されるのを防ぐことだ。このため、グループは大型寝台区域を臨時分析化学実験室に改造し、押し入れにガスボンベと真空ポンプを配置した。大量の反復実験を経て、チームは半充填エアクッションとシュタイロン発泡プラスチックの充填粒子を詰め込んだ二重防水布を使用し、GC脚の下に「Dr.Scholl」式ゲル支持体を持つ合板を敷き、振動隔離を実現した。任務を遂行するために、チームは弾性ロープとロープを使って縛った。

起動して実行すると、チームは50秒ごとにGCからメタン測定結果を得ることができ、Picarroフラックスアナライザはメタン、二酸化炭素、水蒸気のデータを2ヘルツの周波数で記録する。用いた測定方法は：まず計器を用いてメタンの特徴を識別し、地質あるいは人為的特徴を視覚的に識別することによって、興味点（メタンホットスポット）を確定する。次に、オンラインサイトから検索した現地の風力データと気象データを用いて、源が見つかり確認されるまでメタン濃度が増加する方向に走行します。

進行中、グループは方法を改善し、条件の変化に迅速に適応することができます。例えば、自動車が永続的なメタン源であることを発見した後、彼らは校正スケジュールを調整し、夜の交通が減少したときに測定を行った。Danielはまた、Picarro計器の同期二酸化炭素測定機能が自動車排気ガスがいつ汚染された空気をサンプリングするかを識別する上で重要な役割を果たしていることにも注目しており、これは通常ルートの変更につながることが多い。同様に、モハビル砂漠で本底測定を試みたところ、10軒を超えない最小型都市からの排出でも環境本底が繰り返し途切れることが分かった。

車を運転しているため、常に場所を探して食事をしたり、トイレに行ったり、宿泊したりする必要がなく、グループは11日間の旅で連続測定を実現したと言える。実際、測定作業は通常、キャリブレーション、ガスボンベの注入、または機器の問題を修復するときにのみ中断されます。グループが遠隔地にいたときにガスボンベが切れたことがあったが、長時間の遅延を避けることができた。Airgas社のルイジアナ州支社が救援に来て、カリフォルニア州に輸送されていたキャリブレーションガスのルートを変更し、チームが測定を続けることができるようにしました。全体の行程の中で、いくつかの研究者はカリフォルニア州南部だけで6000以上のGC測定結果と40時間以上の2ヘルツPicarro計器データを記録した。しかし、今回のスケジュールの貴重な点は収集されたデータ数だけではありません。データセットは精錬所や都市などの予測可能な人為的な源や湿地などの自然源を含む様々なメタン源をカバーしている。

驚くべきことに、今回の行程で測定されたメタン源は自然源である。チームがラブレアタールピットに向かった時、明らかなメタン信号が予想されたが、タールピットとその周辺地域からの地質メタン排出量の大きさは予想をはるかに上回った。収集されたデータによると、ロサンゼルス県全体の4分の1を占める可能性があります。他の報告書の測定ポイントは、サンベナディーノ山脈を車で横断した際に得られたロサンゼルス盆地の垂直大気断面、また、近くのルイジアナ州で大規模な山林火災が発生した場合、煙を3回通過して推定される排出強度。

Leifer博士は今回の経験について、「大部分の人は道路旅行の際に国立公園を選ぶが、私たちはアメリカの工業の奥地を通り抜けたのも素晴らしい。一般的な道路旅行よりも、地形や風力、事件の詳細に注意を向けなければならない。このような経験は、私たちが何かを新しい視点で見ることができるようになった。これはほとんどの人が一般的には考えられないことだ」と話した。

チームはすでにその研究成果を『大気環境』（Atmospheric Environments）誌に投稿して発表した、彼らが特別に提出する予定の第2部では、研究成果を衛星データ（大気圏製図スキャンイメージング吸収スペクトル計と温室効果ガス観測衛星）と比較し、連絡する。今回の旅行は非常に成功し、チームはすでに夏にカナダ北極地域のマッケンジーデルタに行って測定する計画を立てており、秋には別の北米大陸メタン横断面測定を行う可能性がある。

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