NIST频率梳技术现在可以全年测量甲烷和乙烷的排放，即使在恶劣的气候下也是如此。

  研究发现，农业，特别是集中动物饲养场的甲烷排放量比预期高1.5倍。了解并精准测量温室气体排放量能够在一定程度上帮助决策者制定更明智的减排政策。

  研究车里装有一个中红外激光系统和望远镜，它将光线穿过户外引导到几百米外的镜子上。来源：sel/NIST

  NIST研究人员升级了一项高精确度的技术，旨在监测甲烷和其他微量气体的排放，即使在恶劣的野外条件下也是如此。测量甲烷排放量并确定其来源是减少甲烷排放的重要一步——这是150多个国家最近在2023年联合国气候变化大会上签署的《全球甲烷承诺》的目标。

  NIST升级的排放监测技术使研究团队能够在两个月内估计科罗拉多州北部约855平方公里地区的甲烷排放量。这项研究考察了农业、石油和天然气生产这两个大多数来自的排放，得出了意想不到的发现。首先，集中动物饲养场的甲烷排放量高于预测。其次，尽管产量有所上升，但研究地区石油和天然气生产的总排放量在过去几年中似乎趋于平稳。

  NIST研究员、该研究的合著者Kevin Cossel说：“收集这类数据有助于政策制定者了解排放量如何跟着时间的推移而变化，以便他们相应地调整法规。”

  在100年的时间里，甲烷的全球变暖潜力大约是二氧化碳的30倍。大幅度减少甲烷排放有助于降低气候平均状态随时间的变化的风险。但要管理甲烷排放，就需要测量它们，这带来了许多技术上的挑战。

  追踪甲烷排放的传统方法是基于经济活动。例如，能够最终靠将动物数量乘以每只动物排放的甲烷量来计算。NIST的方法则通过直接测量大气中甲烷和其他气体的变化来估计排放量。

  ‍‍‍‍NIST使用频率梳测量空气中路径上的气体浓度，这是一种特殊类型的激光，具有广谱的颜色或波长。甲烷和其他气体只吸收特定波长的光，这些光从附近位置的镜子反射后返回起始位置。第二个频率梳通过精确测量在这些波长下吸收了多少光，来确定这些气体的浓度，并确定发射的光源类型。

  这种频率梳式光谱仪的早期版本已经使用了几年，但最新版本具有更强的稳健性、便携性和对不同气候的适应性。

  NIST研究员兼论文合著者Griffin Mead分享道：“我们不是在春天或秋天天气好的时候进行这些测量的，这是在科罗拉多州的冬天，外面下雪、夹雪、冰雹、负温度，但这种新系统在这种极端天气下运行得很好，而以前的版本无法在这种条件下工作。”

  该系统的核心是由电信行业使用的光纤激光器构建的频率梳，已经在商业上可用，为公司和实验室在全国范围内复制该系统打开了大门。 ‍ ‍ ‍ ‍

  新系统不仅测量甲烷，还测量包括乙烷和氨在内的其他气体。通过同时测量和分析多种气体之间的相关性，旨在区分石油、天然气和农业部门的供给，然后用于改进排放，更全面地了解污染物的来源和影响。

  随着Mead和Cossel测量其他气体，如废水处理厂的一氧化二氮，排放监测的未来看上去很光明。Cossel说：“我们的目标是进一步提升系统的灵敏度和精度，并扩大我们的研究领域。未来几年，我们将在盐湖城附近进行研究，这将提供一些区域变化信息。”

  随着全球对减少甲烷排放的不断关注，这项技术能为科学家、行业领袖和政策制定者提供准确和可操作的信息。