Международная группа ученых протестировала масштабируемую систему мониторинга CO₂ с использованием бюджетных сенсоров

Дайджест исследований

Городские районы являются основными источниками антропогенных выбросов CO2, однако детальный мониторинг остается сложной задачей из-за стоимости и эксплуатационных ограничений традиционных сенсорных сетей. В качестве масштабируемой альтернативы мы создали сеть ACROPOLIS (Автономная и откалиброванная обсерватория на крыше для мониторинга городской среды) в столичном регионе Мюнхен, используя недорогие датчики для обеспечения плотного наблюдения в масштабах города. В этой работе описывается разработка аппаратного и программного обеспечения системы, ее производительность и первые 1,5 года эксплуатации, в течение которых было произведено более 90 миллионов измерений CO2 в городских, пригородных и сельских условиях. Основная цель состояла в том, чтобы оценить, могут ли недорогие датчики Vaisala GMP343 в сочетании с внутренними настройками производителя и стабилизацией состояния окружающей среды надежно измерять концентрацию CO2 с достаточной точностью для решения городских задач. Мы внедрили полностью автоматизированную процедуру калибровки по 2 точкам с использованием синтетических сухих эталонных газов и провели многонедельное параллельное сравнение с высокоточным эталонным прибором Picarro для оценки характеристик датчика. Наши результаты показывают, что, несмотря на различия в температурной чувствительности между датчиками, почасовая агрегированная среднеквадратичная ошибка (RMSE) всех датчиков составляет 1,16 промилле в диапазоне от 0,57 до 2,58 ppmv. Анализ пространственных и временных закономерностей выявляет четкие сезонные циклы, градиенты концентрации между городом и сельской местностью и ночные явления накопления, соответствующие ожидаемой биогенной и антропогенной активности, а также механизмам атмосферного переноса. Мы пришли к выводу, что городские сети средней стоимости могут предоставлять ценные с научной точки зрения данные наблюдений за парниковыми газами с высоким пространственным разрешением, если они подкреплены соответствующими методами калибровки и стабилизации. Дизайн с открытым исходным кодом и продемонстрированная эффективность сети ACROPOLIS закладывают основу для будущего развертывания в других городах, стремясь улучшить мониторинг выбросов и городскую климатическую политику.

Исследование опубликовано в журнале Atmospheric Measurement Techniques.