《溫室氣體排放測量方法 可移動差分吸收激光雷達法》

附件1

ICSxxxx

xx.xxT/CSMT

團體標準

T/CSMT-00*—20xx

（溫室氣體排放測量方法可移動差分吸收

激光雷達法）

（GreenhouseGasEmissionsMeasurementMethod—MobileDifferential

AbsorptionLiDARMethod）

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國計量測試學會發(fā)布

溫室氣體排放測量方法可移動差分吸收激光雷達法

1范圍

本文件規(guī)定了基于差分吸收激光雷達技術方法的溫室氣體排放測量的定義、測量目標、測量原

理及系統(tǒng)組成、測量方法、測量數(shù)據(jù)與質量控制和系統(tǒng)維護要求。

本文件適用于企業(yè)或區(qū)域溫室氣體排放速率的直接測量。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用

文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）

適用于本文件。

GB/T34415-2017大氣二氧化碳(CO2)光腔衰蕩光譜觀測系統(tǒng)

GB/T34287-2017溫室氣體甲烷測量離軸積分腔輸出光譜法

DL/T2376—2021火電廠煙氣二氧化碳排放連續(xù)監(jiān)測技術規(guī)范

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

溫室氣體greenhousegas

指任何會吸收和釋放紅外線輻射并存在大氣中的氣體，本文件中溫室氣體指二氧化碳（CO2）、甲烷

（CH4）。

3.2

差分吸收激光雷達法differentialabsorptionlidarmethod

系統(tǒng)向大氣中發(fā)射兩個或多個波長的激光束，這些波長應處于目標氣體的吸收光譜的吸收峰和

吸收谷，根據(jù)兩個或多個波長的回波信號進行差分計算激光共同路徑上的目標氣體的濃度。

1

DB42/T××××—××××

3.3

距離分辨濃度分布distance-resolvedconcentrationdistributions

沿激光測量路徑間隔一定距離就會給出目標氣體的濃度分布。

3.4

排放速率emissionrate

排放速率是指單位時間內向大氣中排放的氣體的質量。

3.5

系統(tǒng)盲區(qū)systemblindregion

在離激光雷達非常近的一段距離范圍內，激光器發(fā)射的激光光束不在接收視場內，接收望遠鏡

接收不到大氣顆粒物及分子的后向散射光，接收到的是雜散光這一區(qū)域稱為激光雷達的盲區(qū)。

3.6

標準氣室standardgascell

在本文件中，標準氣室是用于填充標準氣體的密封容器，兩側端口有通過激光的光學玻璃窗口。

4測量目標

利用差分吸收激光雷達系統(tǒng)結合氣象參數(shù)測量子系統(tǒng)，實現(xiàn)對目標區(qū)域溫室氣體排放（包含有組織

排放和無組織排放）的直接的測量。通過溫室氣體空間濃度分布測量和氣象信息同步測量，獲得目

標區(qū)域的溫室氣體排放速率，嚴格控制數(shù)據(jù)質量、滿足基于測量學方法對企業(yè)和區(qū)域溫室氣體排放

量的測算需求。

2

5測量原理及系統(tǒng)組成

5.1測量原理

5.1.1溫室氣體排放速率測量原理

溫室氣體排放測量原理是通過差分吸收激光雷達系統(tǒng)測量獲得目標區(qū)域溫室氣體空間濃度分布，同

時利用氣象測量系統(tǒng)獲得目標區(qū)域風速風向空間分布，將溫室氣體空間濃度分布與風速風向分布信

息結合，獲得目標區(qū)域溫室氣體總體排放速率。測量原理如圖1所示，其中溫室氣體空間濃度分布

是利用可移動差分吸收激光雷達系統(tǒng)測量獲得距離分辨濃度廓線，并通過測量光束的垂直掃描，測

量獲得目標區(qū)域垂直截面二維濃度分布。氣象子系統(tǒng)同時測量獲得目標區(qū)域風速風向空間分布，利

用公式（1）獲得目標區(qū)域溫室氣體排放速率數(shù)值。

圖1差分吸收激光雷達測量示意圖

j

（）

FCiViDisin1

i1

式中：

F——排放速率；

Ci——掃描截面第i個點平均濃度；

Vi——濃度Ci同一位置上平均風速；

——掃描截面與風向的夾角；

Di——單位面積。

5.1.2差分吸收激光雷達測量原理

差分吸收激光雷達技術將激光脈沖輻射傳輸?shù)酱髿庵?，并測量由大氣分子和氣溶膠散射返回到

系統(tǒng)的光能量獲得目標氣體的濃度分布廓線。差分吸收激光雷達在測量時發(fā)射兩束波長十分接近的

脈沖激光，這兩個波長其中的一個位于待測氣體吸收光譜的吸收峰處，激光束穿過待測氣體時會被

吸收，稱為“在線波長”（“on-line”），另一個位于待測氣體吸收光譜的吸收谷處，激光穿過待測氣體

時不被吸收或吸收很少，稱為“離線波長”（“off-line”）。由于兩個波長非常接近，大氣中除待測氣體

吸收外的可變性參數(shù)（例如，散射介質和干擾化合物的差異）對于兩個波長影響幾乎相同。因此在

返回信號中兩個波長的差異是由于待測氣體的吸收引起，可通過計算發(fā)射與接收信號之間的時間差，

3

DB42/T××××—××××

就可以獲得距離z處的目標氣體濃度：

1dSon,z

Cln（3）

2dzSoff,z

式中：

C為待測氣體的濃度；

為在線波長和離線波長的差分吸收系數(shù)；

Son和Soff為在線波長和離線波長的返回信號。

5.1.3氣象參數(shù)測量原理

氣象參數(shù)測量主要獲得目標區(qū)域風速風向空間分布信息。氣象參數(shù)測量方法可以采用多普勒測

風激光雷達法，也可以分布采樣擬合法。

a)多普勒測風激光雷達原理

多普勒測風激光雷達基于多普勒效應，利用激光束發(fā)射器發(fā)射一束激光束向大氣中傳播，當激

光束與空氣中的氣溶膠粒子或顆粒物相互作用時，部分激光能量會被散射回到接收器。在接收到回

波信號之后，利用頻譜分析的方法解析回波信號,并提取出風場信息。

b)分布采樣擬合

分布采樣擬合法在垂直方向不同高度部署多個高精度風速風向傳感器，通過風速風向傳感器對

近地面不同高度的風速風向信息進行采樣測量，利用不同高度風速測量數(shù)據(jù)擬合垂直風速廓線分布，

風向信息采用距離目標區(qū)域最接近高度的風速風向傳感器的平均值表示，垂直方向風廓線擬合方法

采推薦使用如公式（2）所示的基于對數(shù)律的分布采樣擬合方法，也可以根據(jù)實際情況進行修正：

uzalnzb（）

2

式中：

uz為高度為z的風速；

a和b為風廓線擬合系數(shù)。

5.2測量系統(tǒng)組成

溫室氣體排放測量差分吸收激光雷達系統(tǒng)由激光發(fā)射單元、掃描單元、接收單元、光電轉換和信號

處理單元、數(shù)據(jù)采集、控制和分析單元、氣象測量單元和其他輔助單元組成。

5.2.1激光發(fā)射單元

激光發(fā)射單元是將激光進行準直、擴束和反射到掃描單元，包括激光器、擴束器和反射鏡。

5.2.2掃描單元

掃描單元是能夠將激光指向目標區(qū)域的設備，具備水平360°和垂直180°旋轉的功能，通常

是由兩個較大的反射鏡和相關的機械設備組成。

5.2.3接收單元

接收單元是用來收集微弱的散射光信號到探測器上，是由接收望遠鏡和反射鏡組成。

5.2.4光電轉換和信號處理單元

光電轉換和信號處理單元是將收集的光信號轉換為電信號，并進行放大和去噪，主要由光電探

測器、放大器和濾波器組成。

5.2.5數(shù)據(jù)采集、控制和分析單元

數(shù)據(jù)采集、控制和分析單元是對電信號進行采集、處理和分析，并對整個系統(tǒng)各單元之間協(xié)同

運行進行控制，主要由數(shù)據(jù)采集模塊、計算機、控制和分析軟件組成。

4

5.2.6氣象測量單元

氣象測量單元是采集現(xiàn)場測量時氣象信息的設備，主要由超聲波風速風向儀、數(shù)據(jù)采集器和氣

象桿組成。

5.2.7其他輔助單元

其他輔助單元是能夠支撐測量系統(tǒng)正常運行的設備，主要包括電力、網(wǎng)絡通訊、冷卻設備等組

成。

5.3工作條件

5.3.1可移動差分吸收激光雷達系統(tǒng)應可以外部（-10-40）℃條件下工作。

5.3.2可移動差分吸收激光雷達的光學系統(tǒng)內部應保持相對封閉、相對濕度≤50%RH，溫度控制在

（20±1）℃，遠離震動源。

5.3.3可移動差分吸收激光雷達系統(tǒng)監(jiān)測地點應處于開闊無明顯遮擋區(qū)域。

5.4方法種類

5.4.1本方法可用于快速部署目標區(qū)域的非接觸遠程測量。

5.4.2本方法適用于短期內快速核查測量，以一段時間內測量平均值評估目標區(qū)域溫室氣體整體排

放情況。

5.5性能指標

5.5.1差分吸收激光雷達性能指標見表1

表1差分吸收激光雷達性能指標

序號技術參數(shù)具體要求

1波長數(shù)量（單一氣體測量）≥2

2時間分辨率1min-10min

3距離分辨率3.75m-15m

4測量不確定度≤30%

5有效探測距離≥500m

6探測盲區(qū)≤100m

CH4：30（ppb?km）

7探測靈敏度

CO2：1（ppm?km）

5.5.2超聲波風速風向儀性能指標見表2

表2超聲波風速風向儀性能指標

序號技術參數(shù)具體要求

風速：0.1m/s-60m/s

1測量范圍

風向：0-359°

風速：0.01m/s

2分辨率

風向：1°

3精度風速：±3%（40m/s）

5

DB42/T××××—××××

風向：±3°（40m/s）

6測量方法

6.1測量準備

6.1.1對測量區(qū)域進行環(huán)境調研和排放類型分析。

6.1.2初步識別潛在的干擾氣體，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和天氣預報對風場進行評估，確定差分吸收激光雷

達系統(tǒng)的測量位置和氣象測量系統(tǒng)位置，確認系統(tǒng)維護和校準狀態(tài)。

6.1.3為要測量的目標氣體進行激光器參數(shù)的相關設置。

6.2測量計劃制定

6.2.1根據(jù)盛行風向和現(xiàn)場風向情況確定測量區(qū)域。從測量范圍、下風向等技術角度和安全限制、

停車和潛在障礙物等現(xiàn)場安全角度確定合適的測量位置，如圖2測量示意圖。

6.2.2根據(jù)企業(yè)信息，確定可能的排放源區(qū)域和種類；識別潛在干擾物，制定可行的測量計劃。

圖2差分吸收激光雷達系統(tǒng)測量示意圖

6.3測量計劃實施

6.3.1按照測量計劃開展測量，考慮大氣條件的變化的可能性，應及時調整測量位置。

6.3.2測量時記錄測量位置、氣象站位置和測量信息。

6.3.3按測量計劃完成規(guī)定的測量任務，測量過程中監(jiān)視回波信號的質量、檢測器等測量信息。

6.4結果表示

6.4.1測量完成后繪制溫室氣體二維濃度圖、氣象圖和排放速率，標注測量區(qū)域名稱、時間、圖例。

6.4.2可根據(jù)工作需要，與地圖結合并標注重要參數(shù)信息。

6

7測量報告表述

7.1結果計算

測量結果計算應遵循5.1.2節(jié)和5.1.3節(jié)測量原理進行空間濃度分布和氣象分布計算，并根據(jù)5.1.1

節(jié)測量原理計算出排放速率。

7.2報告格式參考附錄A

8測量數(shù)據(jù)與質量控制

8.1測量數(shù)據(jù)要求

8.1.1測量數(shù)據(jù)文件應包含差分吸收激光雷達系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件、氣象數(shù)據(jù)文件和可能手動記錄的數(shù)據(jù)

文件。

8.1.2測量數(shù)據(jù)資料應按照測量次序和測量日期命名，并保存在系統(tǒng)規(guī)定的文件目錄下，文件目錄

按照測量站點命名。文件應在24小時內備份在外部儲存介質上。

8.1.3數(shù)據(jù)采集要求：

a)氣象信息測量時間應同步或覆蓋差分吸收激光雷達濃度測量時間；

b)應至少兩個不同高度的風速傳感器來描述風的垂直分布；

c)差分吸收激光雷達掃描范圍應覆蓋煙羽整體，至少保證在煙羽下方和上方各有1條掃描線；

d)排放速率測量應不少3次重復測量。

8.2數(shù)據(jù)質量控制要求

8.2.1為提高差分吸收激光雷達測量準確性，激光雷達系統(tǒng)應配置標準氣室測量單元對激光系統(tǒng)參

數(shù)進行在線監(jiān)測，標準氣室測量單元如圖3所示，使用分光鏡導出部分測量激光通過標準氣室，在

線監(jiān)測激光通過標準氣室前后的能量差值是否符合該波長下吸收光譜參考值。

圖3標準氣室測量示意圖

8.2.2標準氣室填充的氣體應使用可追溯至國家計量機構或國際標準的參考氣體或混合氣體。

7

DB42/T××××—××××

8.2.3標準氣室壓力應與被測氣體周圍環(huán)境相同。

8.2.4測量期間應每天至少一次激光系統(tǒng)光譜參數(shù)檢查，確保測量系統(tǒng)光譜參數(shù)設置正確。

9系統(tǒng)維護要求

9.1系統(tǒng)標校

應對整體測量系統(tǒng)每年標定一次，標定應由專業(yè)人員操作，確認滿足5.5指標性能要求?？砷_展正

常使用。

9.2質量控制文件

應建立完善的質量控制文件集，不限于標準操作規(guī)范、日常運行維護與質量控制規(guī)范、維修記錄、

校準記錄等。

8