Международный коллектив ученых произвел количественную оценку источников неопределенности при измерениях выбросов метана с помощью дронов

Дайджест исследований

Измерения выбросов метана на уровне участка используются операторами для согласования с кадастрами выбросов «снизу вверх» с целью повышения точности, полноты и уверенности в заявленных выбросах. В этом контексте крайне важно избежать ошибок измерений и понять неопределенность измерений. Дистанционно пилотируемые авиационные системы могут сыграть ключевую роль в количественной оценке выбросов метана на уровне участка. Обычно для количественной оценки выбросов используется «метод баланса масс», при котором высокоточный датчик метана устанавливается на дроне-квадрокоптере, летящем по схеме вертикальной завесы; общая скорость массового выброса может быть вычислена post hoc на основе измеренных данных о концентрации метана и одновременных данных о ветре. Испытания с контролируемым выбросом показали, что ошибки при использовании метода баланса масс могут быть значительными. Например, Liu et al. (2023) сообщают об абсолютных ошибках более 100% для двух протестированных беспилотных решений; с другой стороны, ошибки могут быть гораздо меньше, порядка 16 % среднеквадратичных ошибок в Corbett & Smith (2022), если наложить дополнительные ограничения на данные, ограничив анализ случаями, когда поле ветра было устойчивым. В данной работе представлен систематический анализ физических явлений, влияющих на погрешность метода баланса масс для параметров, связанных с получением данных о концентрации метана и их постобработкой. Источники ошибок анализируются по отдельности, и следует понимать, что на практике отдельные ошибки могут накапливаться, а также дополняться другими источниками, которые не включены в настоящую работу. Примерами таких источников являются неопределенность в измерениях концентрации метана датчиком с конечной точностью или метод, используемый для измерения скорости невозмущенного ветра в точке расположения дрона. Мы обнаружили, что наиболее важным источником рассматриваемой ошибки является горизонтальное и вертикальное расстояние при сборе данных, поскольку грубое расстояние может привести к пропуску метанового шлейфа. Потенциальная ошибка может достигать 100% в ситуациях, когда скорость ветра стабильна, а метановый шлейф имеет когерентную форму, что противоречит интуиции некоторых операторов в отрасли. Вероятность масштабов этой ошибки можно выразить в виде безразмерного числа, определяемого пространственным разрешением измерений концентрации метана и расстоянием до основных источников выбросов с подветренной стороны. Полученные в ходе теоретического анализа ошибки применяются к ряду исторических измерений в условиях контролируемого выброса. Мы показываем, как полученные сведения об основных источниках ошибок могут быть использованы для устранения потенциальных ошибок при постобработке данных полета. Во-вторых, мы оцениваем совокупный набор данных из 1001 исторического полета беспилотников; наш анализ показывает, что потенциальные ошибки в методе баланса масс в отдельных случаях могут составлять порядка 100%, хотя индивидуальные ошибки могут быть гораздо меньше в подавляющем большинстве полетов. В разделе обсуждения приводятся некоторые рекомендации для промышленности, как избежать или минимизировать потенциальные ошибки при измерениях с помощью беспилотников для количественной оценки выбросов метана.

Исследование опубликовано в сборнике препринтов.