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奶牛场生产大量的两种东西：牛奶和粪便。牛奶可以进入热可可和烤奶酪三明治等美味佳肴中，但便便堆积如山。奶农将这些烂摊子推入称为粪池的人工池塘，在那里厌氧微生物将其分解成甲烷，这是一种强大的温室气体。甲烷在大气中吸收的热量比二氧化碳多 80%，迄今为止造成了大约四分之一的气候变化。牛的消化道也会产生甲烷，并在牛打嗝时释放出来。
加利福尼亚排放的甲烷中约有 50% 来自奶牛场。为了满足严格的气候目标，该州提出了监管乳制品甲烷排放的方法。但这些努力遇到了一个大问题：奶农目前还没有可靠的方法来测量他们农场产生的甲烷量。
产生的甲烷量取决于奶牛的数量、它们的饮食、天气以及粪便储存的湿润程度。因此，对农场产生多少甲烷的估计是不确定的。卫星或飞机进行的测量可以得出最准确的估计，但这些工具价格昂贵，而且并不总是适用于单个农场。
美国加州大学河滨分校的博士后研究员 Javier Gonzalez-Rocha 希望改变这种状况。他正在与机械工程教授 Akula Venkatram 和环境科学教授 FrancescaHopkins合作开发可以直接量化特定乳制品设施上的甲烷排放量的空中机器人系统。
为了实现这一目标，Gonzalez-Rocha 开发了一种新方法，用于从风引起的无人机运动干扰中提取风速估计值。该算法已适用于环境工程教授唐·柯林斯和研究生朱子涵开发的基于无人机的“空中核心”系统。
空气核心类似于冰芯，是从冰川中拉出的冰块，可以揭示大气成分随时间的变化。通过结合风速和空气核心测量能力，无人机可以帮助检测、定位和估计精细空间尺度的甲烷排放，否则使用标准风和空气成分测量技术难以解决。无人机在传统固定翼飞机难以操作的受限环境中悬停和机动的能力也为在低层大气中获得有针对性的温室气体观测提供了新的可能性。
由 Gonzalez-Rocha 和 Zhu 领导的工作将很快产生新的发现，解决基于无人机的大气测量与传统风和空气成分传感器相比的可靠性。Gonzalez-Rocha 正在UCR的农业运营地点和加利福尼亚的奶牛场测试无人机，他正在使用它们来测量距排放源下风不同距离的甲烷浓度。了解不同顺风位置的甲烷浓度如何变化对于量化排放源至关重要。
尽管 Gonzalez-Rocha 和 Zhu 开发的技术还处于起步阶段，但在提高基于无人机的测量精度方面仍有很大的潜力。正在进行的工作是探索一个多入口空气核心系统，以在无人机穿过甲烷羽流时同时在多个高度采样空气成分。研究人员认为，他们正在为农民在未来 5 到 10 年内使用这项技术。
2024-01-25 10:54
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