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科普图解 | 碳监测是什么,主要监测什么?

一、碳监测简介

碳监测通过综合观测、结合数值模拟、统计分析等手段,获取温室气体排放强度、环境中浓度、生态系统碳汇等碳源汇状况及其变化趋势信息,为应对气候变化研究和管理提供服务支撑。主要监测对象为《京都议定书》和《多哈修正案》中规定控制的7种人为活动排放的温室气体,包括二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氨(N2O)氢氟化碳(HFCs)、全氯化碳(PFCs)、六氯化硫(SF6)和三氯化氨(NF3)。

二、重点行业排放源监测

排放源监测主要指通过手工或自动监测手段,对能源活动、工业过程等典型源排放的温室气体排放量进行监测的行为。


二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等温室气体排放与大气污染物排放具有同根、同源、同过程的特点,统筹温室气体与大气污染物排放监测,夯实温室气体排放监测基础,有助于评估与验证温室气体核算方法和排放因子的科学性,支撑建立符合中国实际情况的温室气体核算体系;同时,也可以丰富我国碳排放交易中排放量的确定方法,推动企业碳排放与污染物排放的协同监测监管。

二氧化碳排放主要源自能源活动和工业过程,其中固定源燃料燃烧占比约85%,其余为建材、冶炼等环节贡献。二氧化碳排放监测主要依托连续监测技术,即通过对排放口二氧化碳浓度和排气流量开展自动监测,实时连续监测二氧化碳的排放量变化情况,该技术在美国、欧盟已有成熟应用,在我国处于试点研究阶段。

甲烷排放主要来自于能源生产,如石油天然气、煤炭开采过程中的逃逸排放,占比近90%。石油天然气开采行业甲烷逃逸主要来自组件密封点和敞开液面的泄漏,主要依托挥发性有机物泄漏检测协同开展监测,估算泄漏排放水平。煤炭开采过程中的甲烷逃逸主要包括在产煤矿井工开采、露天开采过程中的逃逸,废弃煤矿的逃逸,以及矿后活动的逃逸等,其中井工开采面国际国内多采用甲烷连续监测手段开展监测,露天开采、废弃煤矿和矿后活动多基于产品产量进行估算。

三、生态系统碳汇监测

对土地生态类型及变化进行监测;开展生态地面监测,在生态系统样地对生物量、植物群落物种组成、机构与功能进行监测。


四、大气温室气体监测

大气中的温室气体浓度升高是造成全球气候变暖主要原因。从上个世纪六十年代前后,国内外开始监测大气中的温室气体浓度,逐步形成了全球-区域-国家-城市等不同尺度的监测网络。目前,世界气象组织(WMO)组建了全球最大、功能最全的国际性大气温室气体监测网络(GAW),通过31个全球大气本底站、400多个区域大气本底站以及飞机和轮船上携带的二氧化碳探测仪测得的数据整合而得全球温室气体浓度。生态环境部依托国家背景站初步建立了覆盖我国大部地区的温室气体本底浓度监测网络,在福建武夷山、内蒙古呼伦贝尔、湖北神农架、云南丽江、广东南岭、四川海螺沟、青海门源、东长岛、山西庞泉沟、海南西沙和南沙等11个站开展了温室气体监测。


五、碳遥感监测

卫星、无人机、走航、地基遥感监测是获取大气中温室气体浓度及其排放来源的重要技术手段。

1.卫星遥感监测

以遥感卫星为平台,在几百公里甚至更远距离外的太空,可以实现对地球大气的大范围观测。二氧化碳、甲烷等温室气体拥有独特的光谱特性,就像我们每个人都有独一无二的指纹。利用温室气体的指纹光谱,就能从卫星的观测数据里获取温室气体浓度分布。因此,可以用卫星来捕捉温室气体的含量及变化。


目前,国际上用于监测温室气体的在轨卫星,国外主要有美国的OCO卫星、日本的GOSAT卫星、欧洲的Sentinel-5P卫星、加拿大的GHGsat卫星等,其中GHGsat具有几十米的高空间分辨率,可以有效监测甲烷等异常排放源。我国主要有碳卫星、高光谱观测卫星和大气环境监测卫星等。


2.无人机监测

利用无人机飞行平台搭载高精度温室气体监测设备,可实时、动态获取局部或广阔区域的温室气体三维浓度分布情况。结合气象要素监测及碳排放反演模型,可进一步开展区域碳排放量评估。


3.走航监测

利用温室气体走航监测车搭载高精度、高灵敏度温室气体探测设备,可实现城市、工业园区、重点企业的温室气体(CO2CH4N2O等)在线监测评估,精准定位排放源,快速高效服务温室气体控排监管。


4.地基遥感监测

通过在监测区域边界处布设地基高分辨光谱仪监测站点,结合实地的地形、地貌及风速、风向等信息,可监测重点企业及排放区域的温室气体柱浓度并估算其碳排放量。利用地基遥感高精度温室气体柱浓度监测结果可对卫星遥感监测产品进行精度验证。


六、海洋与滨海湿地碳源汇监测

1.海洋碳库

海洋对于减缓气候变化具有举足轻重的作用。海洋碳库约是陆地碳库的20倍,且海洋碳储藏时间尺度比陆地生态系统长的多。全球大洋吸收了工业革命以来人类排放CO2总量的1/3,目前每年从大气吸收COz20亿吨,约占全球CO2排放量的1/4。海洋吸收CO2的主要机制包括溶解度泵碳酸盐泵“生物泵微型生物碳泵


目前海洋碳监测的手段日益多元化,可通过船基航次调查、浮标原位长期监测及遥感卫星反演等多种方式共同进行、相辅相成。现有监测结果表明,我国监测海域总体吸收大气CO2,全年表现为大气CO2的弱汇,吸收强度由冬季到春季逐渐减弱,夏季和秋季则转换为向大气释放CO2,表层海水温度、长江等冲淡水输入、生物活动以及强烈的水体垂直混合作用是影响监测海域大气CO2源汇格局变动的重要因素。

2.滨海湿地碳库

滨海蓝碳广义上指盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带高等植物以及浮游植物、藻类和贝类生物等,在自身生长和微生物共同作用下,将大气中的CO2吸收、转化并长期保存到海岸带底泥中的这部分碳,以及其中一部分从海岸带向近海大洋输出的有机碳。滨海湿地类型中的红树林、盐沼湿地和海草床是公认的三大滨海蓝碳生态系统。相比于陆地生态系统的碳汇作用,海洋生态系统的碳汇具有碳循环周期长、固碳效果持久等特点。


涡度相关观测技术和理论的不断发展为探讨生态系统尺度的CO2CH4交换的时空变化提供了新途径,成为长期测算生态系统碳通量最可靠和切实可行的方法,被认为是现今能直接测定陆地生态系统与大气间物质与能量交换通量的标准方法。

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