Picarro 聚焦是一个博客系列，展示全球客户开展的重要科学研究。每篇博客均由我们的团队精选并总结。敬请阅读！ 

在加州南部圣华金谷等地区，甲烷可能来自石油和天然气作业、奶牛场、垃圾填埋场、污水处理厂或天然气基础设施。传统甲烷测量可以显示排放的存在，但并不一定能确定其来源。如果缺乏这些信息，减排工作将变得更缓慢、成本更高且效果更差。

Sebastien Biraud、Andrew B. Moyes 及其团队在 劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）开展的一项研究展示了如何通过结合两种化学指纹来解决这一难题。通过同时测量乙烷与甲烷比值（C₂:C₁）以及甲烷的稳定碳同位素特征（δ¹³CH₄），研究人员能够以极高的置信度区分多种甲烷排放源。Picarro G2210-i 碳同位素 CH₄ 和 C₂H₆ 分析仪提供了实现该研究所需的高精度测量。 

“我们的研究结果表明，乙烷和 δ¹³CH₄ 诊断测量在区分多种甲烷排放源类型方面具有显著价值。”

— Moyes 等，2025 

从测量到排放源归因

作为加州能源委员会 SUMMATION 项目的一部分，研究人员结合了五次移动监测活动以及南部圣华金谷两座监测塔的连续大气测量。在近两年的研究期间，团队调查了 108 次甲烷浓度增强事件，这些事件来自 74 个不同的排放源，包括石油和天然气设施、天然气管道、奶牛场和污水处理厂。 

该方法的优势在于将两种互补测量方式结合起来。

奶牛场和污水处理厂等生物源甲烷几乎不产生乙烷，而来自化石燃料系统的热成因甲烷则含有可测量的乙烷。稳定碳同位素测量提供了第二种识别特征，使研究人员能够区分微生物活动产生的甲烷与地下深处形成的甲烷。

这两种示踪指标结合后，可为许多甲烷排放源形成独特的化学指纹，与仅使用甲烷浓度相比，可显著提高排放源归因的可靠性。 

不同甲烷排放源具有不同的化学指纹

双示踪方法能够清晰区分奶牛场、污水处理设施、城市天然气系统以及许多石油和天然气生产设施的排放。

奶牛场呈现出符合微生物发酵特征的同位素信号，而城市天然气泄漏则表现出高度一致的化学指纹，因此成为最容易识别的排放源之一。石油和天然气生产设施的特征变化更大，这反映了加州不同产区在地质条件和烃类成熟度方面的差异，但同位素与乙烷测量的结合仍然能够有效区分不同排放源类型。 

研究人员无需依赖对附近基础设施的假设，而是可以根据直接的大气测量结果确定最可能的排放源。

从检测到行动

也许最具说服力的研究结果，是这些测量能够多快转化为现实中的实际行动。

当移动监测检测到与天然气基础设施一致的甲烷特征时，研究人员会将位置报告给当地公用事业公司。在每一个案例中，管道泄漏均得到确认并完成修复。

在另一个案例中，一处住宅区持续出现的甲烷羽流最初似乎来自周边天然气输配管网。然而，其同位素指纹显示了不同的结果。测量结果表明，排放源更可能来自附近的油田。随后通过加州 Well Finder 数据库进行检索，研究人员发现其中一处房产下方存在一口废弃油井，该油井近二十年前已经封堵，并被认为是最可能的排放源。 

这些案例表明，排放源归因不仅能够加快调查进程，还可以避免对错误基础设施进行不必要的检查。

将局地排放与区域监测相连接

该研究还表明，即使在更大的空间尺度上，排放源的化学指纹仍然清晰可见。

两座大气监测塔的连续测量结果证实了移动监测期间观察到的相同排放源模式。城市监测站频繁检测到化石燃料源和生物源的共同贡献，这与其邻近油田和奶牛场的位置一致。与此同时，乡村监测塔记录到的排放主要来自生物源，与周边农业环境特征相符。 

Picarro G2210-i 是两种测量活动的核心设备。安装在移动监测车辆中的分析仪可同时测量甲烷和乙烷浓度以及甲烷碳同位素比值，用于移动羽流绘图。在固定监测塔中，同一型号仪器持续采集经过校准的同位素数据，为长期大气分析提供支持。

与第二种独立分析平台进行验证后，两者结果表现出高度一致性，证明了该测量方法在移动和固定监测应用中的稳健性。 

展望未来

LBNL 团队目前正在进一步拓展这项研究，将双示踪测量与大气传输和扩散模型相结合，以估算甲烷排放速率，并更准确地量化区域排放源。 

更广泛而言，该研究凸显了甲烷监测领域正在发生的一项重要转变。检测排放只是第一步。要高效减少排放，运营商和监管机构还必须准确了解甲烷究竟来自何处。

通过将高精度同位素测量与乙烷分析相结合，研究人员展示了一条从甲烷检测到可靠排放源归因的实用途径，从而提供可采取行动的关键信息，帮助确定正确的排放源、优先安排调查，并采取有效的纠正措施。

更多信息

• 阅读研究论文：利用分层双示踪测量策略表征密集且多样化的区域甲烷排放源，Moyes 等，《Atmospheric Environment》，2025
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