CN107407740A - 用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的过程和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于测量海洋学参数的方法和过程，该方法和过程可用于估计从来自海洋铁富集事件的从大气中去除的二氧化碳气体的量。该过程使用来自自主水下航行器、卫星观测和/或无人驾驶飞行器的数据观测来确定可用于计算从大气中去除的总人为二氧化碳的指标，诸如叶绿素、温度、浊度、氧、颗粒无机碳等。因此，可以确定二氧化碳去除，而不需要在研究区域中有人员存在，从而显著降低成本。使用从表面到深温跃层的水柱中的垂直间隔开的沉积物捕集器，通过分析通过水柱的实体样品的碳通量的直接原位测量值可用作验证/校准指标。可替换地，可以收集水样并将其用作替代物。

Description

用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的过程 和方法
技术领域
本发明涉及海洋学、气候学和温室气体减排。具体地，本发明涉及用于测量关键数据指标以及如何使用这些指标来测量在必要的时间段内从大气中去除的二氧化碳的量的方法和过程。从大气中去除的二氧化碳随后可以转化为碳减排信用(carbon emissionreduction credit)。
背景技术
海洋铁富集，也被称为海洋铁施肥或铁施肥，是将铁添加到海洋表面以刺激浮游植物大量繁殖(phytoplankton bloom)。这是为了提高海洋的生物生产力。当浮游植物生长时，它为其他生物体(诸如浮游动物)创造了食物来源，后者随后被各种较大的生物体(诸如海洋鲸类、鱼类等)吃掉。
浮游植物也通过光合作用消耗大量的二氧化碳。当浮游植物消耗二氧化碳和光时，会释放出氧气和葡萄糖。因为浮游植物在世界海洋中是非常丰富的，所以海洋铁富集的过程可能是改善海洋生物多样性并从大气中去除非常大量二氧化碳的非常有效的技术。
浮游植物需要小浓度的铁才能进行光合作用。由于近50年来海洋铁浓度显著降低，缺铁会限制浮游植物的光合作用。故意将铁置换到海洋中以增加浮游植物的丰度称为海洋铁富集。
富含铁的浮游生物大量繁殖封存来自大气的碳。为了测量从大气中去除并封存到深海中的二氧化碳的总量，必须获得一些关键的数据指标。
Smetacek,V等人Deep carbon export from a Southern Ocean iron-fertilized diatom bloom.Nature 11229(2012)公开了碳对叶绿素比(C/Chl，mg/mg)为32。如果新的研究提供了C/Chl的改进的估计，那么这种改进的估计可以被替代。也可以通过使用沉积物捕集器或原位水样来验证或更新该指标，以收集水柱中的垂直碳通量。
以前，使用手动部署的传感器从载人水面舰艇收集这些指标。操作科学装备的水面舰艇的成本以及人员的额外成本是高得负担不起的，并且除了资金最雄厚的组织，将所有人都排除在对海洋铁富集事件的分析之外。海洋铁富集的私营工业应用也受到获得可用于确定二氧化碳封存总量的数据的成本的限制。
现有技术
在测量海洋学参数的领域中描述了模拟与浮游生物生长相关的一些特征的方法以及为了采取具体的行动而进行的那些参数的计算。
具有2007年4月27日优先权日的标题为“Carbon Sequestration using afloating Vessel(使用浮动容器的碳封存)”的专利文献WO 2008131472 A1(Jones)公开了从大气中去除二氧化碳的方法。该方法包括从浮动容器输送尿素化合物以刺激浮游生物的步骤。
具有2007年11月7日优先权日的标题为“Quantification and quality gradingfor carbon sequestered via ocean fertilization(通过海洋施肥对封存的碳进行量化和质量分级)”的专利文献WO 2009062093A1(Climos)公开了一种计算机软件演示(manifestation)，其用于计算关于通过海洋施肥所封存的碳的各种参数。该专利的核心是围绕来自先存在的海洋数据的计算。
具有2007年11月7日优先权日的标题为“Ocean fertilization projectidentification and inventorying(海洋施肥项目识别和盘点)”的专利文献WO2009062097(Climos)涉及从先存在的数据进行计算。该方法包括：识别碳被封存的海洋施肥项目位置；计算许多预定质量单位的由海洋施肥项目储存的所封存的碳；将标识符与每个预定质量单位的所封存的碳相关联；在项目跟踪数据库中索引海洋施肥项目的标识符。
由于大多数数据指标是从远程操作的传感器获得的，所以确定总二氧化碳封存的成本远低于使用载人水面舰艇、载人潜水器或载人飞机。
发明内容
本发明使用遥感工具和原位垂直碳通量捕获设备的独特组合来获得用于计算总二氧化碳封存的数据指标，而不需要在研究区域中有人员存在。
此外，本发明描述了从海洋获取数据的过程和方法。Climos的文献是截然不同的。那些文献涉及与海洋施肥有关的参数的计算，而与获取数据无关。
附图说明
图1是例示了用于远程测量和量化碳的方法的概念图，示出了根据本发明的实施方式用于收集数据的主要装置。
具体实施方式
本发明涉及一种测量海洋学参数的方法和过程，该方法和过程可用于从海洋铁富集事件中产生对从大气中去除的二氧化碳的量的估计。
根据本发明优选的实施方式，用于通过远程装置确定开放(远洋)海洋中的二氧化碳封的数据要求包括通过使用自主测量仪器对从海洋表面到第一光学深度的叶绿素浓度和/或从海洋表面到深温跃层的颗粒状有机碳(POC)浓度的测量。
在本发明的实施方式中，从叶绿素A(A)的卫星观测获得叶绿素浓度。表面碳固定可以估计为使用碳对叶绿素转化率(C/Chl)估计的颗粒状有机碳。在没有卫星观测的情况下，来自无人驾驶航空器(UAV)或无人驾驶飞机或任何其他遥控装置的叶绿素观测应被替代。
第二步是获得表面至200米或更深之间的海洋表面下测量值，特别是叶绿素浓度(叶绿素-A)的测量值。这些读数将使用自主水下航行器(AUV)从表面到不小于100米的深度(B)来完成。此叶绿素测量值将用作碳对叶绿素转化率(C/Chl)中的项(term)，以确定该海面下的颗粒状有机碳。
安装在AUV上的透射计或颗粒状有机碳传感器可用于直接测量颗粒状有机碳作为通过叶绿素估计颗粒状有机碳的替代，或者与叶绿素的测量相组合，以确定颗粒状有机碳的指标。
最后一步是获得表面至200米或更深之间的碳运输的实体样品。根据本发明，实体样品包括从物质上收集垂直碳通量的沉积物捕集器和/或含有垂直碳通量的水样，其可以进行实验室分析以确定碳浓度。最后，将卫星数据(海面下数据)发送到远程设施用于分析和碳量化(C)。
垂直碳通量的实体样品可以在感兴趣的区域内收集，以校准从如前所述的远程传感器收集的信息。

Claims (12)

1.一种用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其通过使用如卫星数据、无人驾驶飞行器和/或水下航行器的遥感设备的组合使用叶绿素的远程测量进行，其中所述方法包括以下步骤：
a.通过使用远程测量来测量从海洋表面到第一光学深度的叶绿素浓度和/或从海洋表面到第一光学深度的颗粒状有机碳(POC)浓度；
b.获得表面至200米或更深处之间的海洋表面下测量值，特别是叶绿素浓度(叶绿素-A)和能够替代叶绿素浓度的透射率或颗粒状有机碳的测量值；以及
c.获得表面至200米或更深处之间的碳运输的实体样品。
2.根据权利要求1所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，对所述海洋表面叶绿素进行远程感测并且将其用于提供来自海洋表面层的碳封存的估计。
3.根据权利要求2所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，使用叶绿素-A的卫星观测从所述海洋表面获得叶绿素读数。
4.根据权利要求2、3所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，使用C/Chl(mg/mg)比率由此能够计算作为从所述海洋表面到第一光学深度的颗粒状有机碳的表面碳封存。
5.根据权利要求4所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，在没有卫星观测的情况下，来自包含叶绿素测量装备的无人驾驶航空器(UAV)的多光谱叶绿素观测能够替代叶绿素的卫星观测。
6.根据权利要求5所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，海面下海洋叶绿素用于提供海面之下的碳封存的估计。
7.根据权利要求6所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，使用自主水下航行器(AUV)获得叶绿素的海面下读数。
8.根据权利要求7所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，从表面到不小于100米的深度的叶绿素的海面下读数用于提供卫星观测的第一光学深度以下的颗粒状有机碳的估计。
9.根据权利要求7所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，使用C/Chl(mg/mg)比率来计算作为颗粒状有机碳的海面下碳封存。
10.根据权利要求2和9所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，总碳封存是来自海洋表面层的碳封存和海面下碳封存的总和。
11.根据权利要求7所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，安装在AUV上的透射计或颗粒状有机碳传感设备能够用于直接测量颗粒状有机碳以作为通过叶绿素估计颗粒状有机碳的替代物，或者与叶绿素的测量相组合使用以确定用于颗粒状有机碳的指标。
12.根据权利要求1至11所述的用于远程测量和量化来自海洋铁富集的二氧化碳封存的方法，其中，在感兴趣的区域内能够收集垂直碳通量的实体样品，以校准根据权利要求1-5所述的从远程传感器收集的信息。
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