大气中的甲烷

1.1 大气中的甲烷

甲烷（CH4）是大气中的痕量气体，40%通过自然来源排入大气（例如湿地），约60%的排放来自人类活动，如畜牧、水稻种植、化石燃料利用、垃圾填埋和生物质燃烧等。

2018年大气甲烷创下新高，约为十亿分之1869（ppb），目前是工业化前水平的259%。对于CH4，2017年至2018年的增长量高于2016年至2017年的观测值以及过去十年的平均值。下图中给出了大气中甲烷的一般含量以及2014年中国地表甲烷分布的模拟数据。

对于大气中的甲烷对检测的影响，可以确定一下前提：

1.大气甲烷在广域范围分布是不均匀的。

2. 大气甲烷在检测区域（几百米或更近的距离）中是均匀分布的。

式中，A是仪器的响应值；C是待测物质的浓度；a是校准曲线的截距；k是灵敏度，即校准曲线的斜率。

由此，可以得出下面的结论：

1. 一个在无甲烷环境中标定零点的仪器，可以检出大气中甲烷的浓度，以15米检测距离，2ppm的大气中甲烷浓度，仪器示数应为30ppm·m。

2. 由于使用ppm.m作为浓度单位，在越远的检测距离上，叠加的大气甲烷浓度越高，比如100米距离上，叠加的大气甲烷浓度可以达到300ppm·m。

由于大气中甲烷的实际存在并在检测区域中相对稳定，但与距离有关，仪器厂商一般会提供本底（大气中存在的甲烷浓度）滤除功能。可能是一个按键或者内部的算法处理，帮助用户过滤无需关心的浓度信息，关注泄漏区域比周边浓度高的检测事实。这就是有些仪器在没有检测到泄漏的时候示数为零的原因。

但是需要注意的是，如果一台仪器对准一个反射面不动，大气中甲烷带来的示数应该是稳定的，上下波动的数值往往是仪器的噪声。

1.2 检测中的噪声

在现实世界中，噪声是无处不在的，一台激光检测设备可以获取100米外微量的甲烷浓度，这本身就是一个在海量噪声中提取微弱信号的过程。

这些噪声的来源多样，有固有的热噪声、1/f噪声、多界面插入和反射无不均匀带来光路多径效应引入的干涉噪声等等，这里不展开描述。但是有一点是明确的，检测距离越远、检测环境越复杂，噪声越大。

以高层住宅检测为例：由于穿透玻璃检测，检测目标一般位于100米以外，设备的检测噪声水平一般在数百ppm·m左右，可以粗略的认为在这个浓度之下的检测都是不确定且不可靠的。注意，这几乎与叠加的大气甲烷含量相比拟，所以大气中的甲烷是事实存在的，但是在遥测仪的巡检环境中，它并不是一个关键的影响因素。

一台现实中的检测仪器在实际的检测环境下。近距离、检测环境好的时候，以更低的报警限，努力发现更小浓度的泄漏；而在远距离，检测条件差的时候，提高报警限，去尽可能的规避噪声和误报发现泄漏。