双碳战略中温室气体收支的精准测量和核算方面仍然蕴含诸多关键科学问题函待解决，需要高时频、高分辨的有效观测数据予以支撑。无人机由于其成本低、机动性高、悬停稳定等特点，有潜力成为温室气体天空地一体化观测中重要的组成部分。微小型无人机平台技术较新，国内外基于此类无人机探测的研究处于起步阶段，还未形成成熟的观测标准。
中国科学院大气物理研究所碳中和研究中心刘毅、杨东旭课题组研发了大气二氧化碳浓度中高精度（1ppm）无人机探测技术（图1），开展了气动力学模拟和环境变量控制实验，揭示并深入研究了影响飞行过程中探测精度的关键因素，设计了飞行载荷系统，有效降低二氧化碳探测偏差。同时搭载大气污染物传感器，通过高集成轻量化设计，增加了观测适用性和数据的可用性。
研究融合了先进的无人机平台技术与中高精度（NDIR）二氧化碳探测技术，在科学需求牵引下，形成创新。研发人员成功在北京市郊区对载荷进行了500米温室气体浓度廓线的探测实验（图2）。研究成果以Article形式发表于MDPI Atmosphere学术期刊。碳中和研究中心工程师赵桐晖为第一作者，杨东旭副研究员为通讯作者。本研究获得国家重点研发计划资助（2021YFB3901000）以及中国科学院重点科研项目资助（ZDRW-ZS-2019-1）。
文章链接：Zhao, T.; Yang, D.; Liu, Y.; Cai, Z.; Yao, L.; Che, K.; Ren, X.; Bi, Y.; Yi, Y.; Wang, J.; et al. Development of an Integrated Lightweight Multi-Rotor UAV Payload for Atmospheric Carbon Dioxide Mole Fraction Measurements. Atmosphere 2022, 13, 855. https://doi.org/10.3390/atmos13060855
图1.无人机飞行测试实验
图2.北京市郊区对载荷进行了500米温室气体浓度廓线的探测实验，（a），（b），（c）分别对应三组飞行实验。