Field intercomparison of four methane gas analysers suitable for eddy covariance flux measurements

Eddy covariance (EC)-flux measurement technique is based on measurement of turbulent motions of air with accurate and fast measurement devices. For instance, in order to measure methane flux a fast methane gas analyser is needed which measures methane concentration at least ten times in a second in addition to a sonic anemometer, which measures the three wind components with the same sampling interval. Previously measurement of methane flux was almost impossible to carry out with EC-technique due to lack of fast enough gas analysers. However during the last decade new instruments have been developed and thus methane EC-flux measurements have become more common. Performance of four methane gas analysers suitable for eddy covariance measurements are assessed in this thesis. The assessment and comparison was performed by analysing EC-data obtained during summer 2010 (1.4.-26.10.) at Siikaneva fen. The four participating methane gas analysers are TGA-100A (Campbell Scientific Inc., USA), RMT-200 (Los Gatos Research, USA), G1301-f (Picarro Inc., USA) and Prototype-7700 (LI-COR Biosciences, USA). RMT-200 functioned most reliably throughout the measurement campaign and the corresponding methane flux data had the smallest random error. In addition, methane fluxes calculated from data obtained from G1301-f and RMT-200 agree remarkably well throughout the measurement campaign. The calculated cospectra and power spectra agree well with corresponding temperature spectra. Prototype-7700 functioned only slightly over one month in the beginning of the measurement campaign and thus its accuracy and long-term performance is difficult to assess.

Eddy covariance (EC)-vuonmittausmenetelmä perustuu ilman turbulenttisten liikkeiden mittaamiseen tarkoilla ja nopeilla mittalaitteilla. Esimerkiksi metaanivuon mittaamiseen tarvitaan nopea kaasuanalysaattori, joka mittaa metaanin konsentraatiota vähintään kymmenen kertaa sekunnissa, sekä anemometri, joka mittaa tuulen kolmea komponenttia samalla mittaustaajuudella. Aiemmin metaanin EC-vuomittauksia oli lähes mahdotonta toteuttaa, koska tarpeeksi nopeita ja helppokäyttöisiä kaasuanalysaattoreita ei ollut markkinoilla. Kuitenkin viimeisen vuosikymmenen aikana uusia mittalaitteita on kehitetty ja näin ollen metaanin EC-vuomittaukset ovat yleistyneet. Tässä opinnaytteessä vertaillaan ja arvioidaan neljän metaanikaasuanalysaattorin toimintaa sekä näiden avulla määritettyjä metaanivoita. Tämä toteutettiin analysoimalla Siikanevalla, vuoden 2010 kesällä (1.4.-26.10.) tehtyjä EC-metaanivuomittauksia. Mittauskampanjaan osallistuneet neljä kaasuanalysaattoria ovat: TGA-100A (Campbell Scientific Inc., USA), RMT-200 (Los Gatos Research, USA), G1301-f (Picarro Inc., USA) ja Prototype-7700 (LI-COR Biosciences, USA). RMT-200 toimi luotettavimmin läpi mittauskampanjan ja sen avulla määritetyllä metaanivuolla oli keskimäärin pienin satunnainen virhe. Lisäksi kaasuanalysaattoreiden G1301-f ja RMT-200 mittauksista lasketut metaanivuot täsmäävät erittäin hyvin. Kaikkien mittalaitteiden mittauksista lasketut turbulenttiset kospektrit ja tehospektrit täsmäävät kohtuullisen hyvin lämpötilan vastaavien spektrien kanssa. Prototype-7700 toimi vain reilun kuukauden verran mittauskampanjan alussa, joten sen mittaustarkkuutta ja pitkän ajan toimintakykyä on vaikea arvioida.