國際經(jīng)驗(yàn) | 溫室氣體排放監(jiān)測如何開展？

“十四五"時(shí)期是生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期，面對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展和碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的需求，在我國開展溫室氣體排放監(jiān)測工作尤為重要。

生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《“十四五"生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃》中明確提出，要補(bǔ)齊碳監(jiān)測技術(shù)短板，構(gòu)建溫室氣體監(jiān)測技術(shù)體系和質(zhì)量控制體系，同時(shí)推進(jìn)碳監(jiān)測評(píng)估試點(diǎn)和開展消耗臭氧層物質(zhì)等其他履約監(jiān)測。這明確了我國溫室氣體排放監(jiān)測工作未來的發(fā)展重點(diǎn)。

美國加州地區(qū)在溫室氣體排放監(jiān)測中取得的經(jīng)驗(yàn)，可以為我國相關(guān)工作的開展提供借鑒。

以區(qū)域?yàn)槌叨龋嗾军c(diǎn)、多手段獲取排放數(shù)據(jù)

加州空氣資源委員會(huì)（CARB）是美國加州地區(qū)負(fù)責(zé)空氣質(zhì)量管理和應(yīng)對(duì)氣候變化的政府機(jī)構(gòu)，于2010年啟動(dòng)了溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以研究和評(píng)估加州區(qū)域內(nèi)的溫室氣體排放趨勢，并幫助建立更精準(zhǔn)的區(qū)域溫室氣體排放清單。除了監(jiān)測溫室氣體外，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)還針對(duì)人為燃燒排放源指示物一氧化碳進(jìn)行監(jiān)測，并將風(fēng)速、風(fēng)向和溫度等氣象參數(shù)納入監(jiān)測指標(biāo)。

溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對(duì)已知溫室氣體排放源位置、區(qū)域風(fēng)軌分析、現(xiàn)存溫室氣體排放監(jiān)測位置等信息進(jìn)行分析，設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，并根據(jù)監(jiān)測功能不同，對(duì)監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行功能分區(qū)。

其獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)測點(diǎn)主要分布在中央山谷和南部海岸地區(qū)：Tuscan Buttes 監(jiān)測點(diǎn)（TSB）和Sutter Buttes 監(jiān)測點(diǎn)（STB）位于中央山谷北部，Madera 監(jiān)測點(diǎn)（MAD）、Tranquility 監(jiān)測點(diǎn)（TRA）和Arvin監(jiān)測點(diǎn)（ARV）位于中央山谷南部，用于甲烷排放監(jiān)測。

其中，MAD、TRA、ARV監(jiān)測點(diǎn)用于測量中央山谷內(nèi)混合排放源釋放的甲烷。Mt. Wilson 監(jiān)測點(diǎn)（MWO）位于圣蓋博山區(qū)域，用于觀測和評(píng)估從東南和西南偏西方向擴(kuò)散而來的城市氣體污染物。San Bernardino監(jiān)測點(diǎn)（SBC）位于高塔之上，可以覆蓋更大區(qū)域范圍、采集不同高度的空氣樣本，用于分析監(jiān)測氣體的垂直分布情況。

CARB溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)分布

CARB溫室氣體監(jiān)測站點(diǎn)基本情況

除了地面監(jiān)測和高塔監(jiān)測裝置，溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)還使用衛(wèi)星、小型飛機(jī)等高空監(jiān)測手段，以更加全面地了解溫室氣體的排放來源。比如在甲烷排放的監(jiān)測中，溫室氣體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)使用小型飛機(jī)遙測的方式在不同的高度提取甲烷點(diǎn)源，并將數(shù)據(jù)共享給其他科研機(jī)構(gòu)，更好地了解測算與排放清單之間的數(shù)據(jù)差距。

服務(wù)于排放清單構(gòu)建，助力實(shí)現(xiàn)區(qū)域減排目標(biāo)

在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)后，CARB采用大氣反演方法將在現(xiàn)場或遙感測量的溫室氣體濃度以及模擬的氣象條件相結(jié)合，以獲得獨(dú)立的溫室氣體排放清單，自下而上評(píng)估溫室氣體排放情況。具體操作如下：

第一步，使用拉格朗日粒子彌散模型 (LPDM) 模擬得到粒子軌跡，再使用大氣輸送模型和粒子軌跡計(jì)算場地的大氣排放足跡。排放足跡表征測量站點(diǎn)的濃度對(duì)每個(gè)網(wǎng)格單元的單位排放通量變化的敏感性，可以用來表示當(dāng)?shù)乇砼欧抛兓粋€(gè)單位時(shí)測量站點(diǎn)濃度變化量的信息。

第二步，將歷史溫室氣體排放清單估算的排放量與排放足跡相乘，得出上風(fēng)向排放源排放的溫室氣體濃度的增長情況，和上風(fēng)向背景濃度相加后，得到模擬溫室氣體排放濃度。

第三步，將模擬溫室氣體排放濃度數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較, 然后采用統(tǒng)計(jì)技術(shù)（比如貝葉斯模型）優(yōu)化溫室氣體通量，使模擬的大氣溫室氣體濃度與觀測值更好地吻合，最后得到排放源排放數(shù)據(jù)。

反向建模系統(tǒng)框架圖

排放溯源技術(shù)分析手段可以幫助更加精準(zhǔn)和全面地了解區(qū)域排放情況。CARB對(duì)2014年至2016年間在MWO監(jiān)測點(diǎn)收集到的空氣樣本中21種化合物（包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷、烷烴、烯烴、苯、乙苯和二甲苯）的濃度進(jìn)行了源解析，分析確定了甲烷的主要排放源包括垃圾填埋場、石油氣、工業(yè)過程、化石燃料燃燒、石油精煉、天然氣和生物源。

示蹤劑-示蹤分析是CARB使用的另一種技術(shù)分析手段，使用這種分析手法的前提是監(jiān)測區(qū)域的大氣氣團(tuán)混合良好。CARB發(fā)現(xiàn)MWO監(jiān)測點(diǎn)采集到的甲烷和一氧化碳比例一致，由此推斷甲烷和一氧化碳在到達(dá)監(jiān)測站點(diǎn)之前已充分混合，并且兩種物質(zhì)的排放源貢獻(xiàn)相對(duì)恒定。

因此，CARB使用示蹤劑-示蹤分析法，計(jì)算洛杉磯盆地的溫室氣體排放。由于甲烷和一氧化碳在洛杉磯市區(qū)內(nèi)擴(kuò)散的時(shí)間尺度上是不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，且它們的排放源分布相似并受到相似尺度的大氣輸送和稀釋的影響，所以CARB用線性回歸模型來推導(dǎo)環(huán)境中甲烷和一氧化碳濃度之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再結(jié)合已知的一氧化碳排放量計(jì)算洛杉磯盆地的甲烷排放量。

CARB將監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)獲取的甲烷數(shù)據(jù)分享給監(jiān)管方或者執(zhí)法部門，將數(shù)據(jù)的使用范圍擴(kuò)展至其他區(qū)域，支持更大范圍的減排工作，并提出政策建議，幫助監(jiān)管部門達(dá)成排放管理目標(biāo)。

此外，CARB還與政府部門、油氣生產(chǎn)企業(yè)合作，在基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目點(diǎn)開展甲烷排放的遙測，快速鎖定泄露排放情況，幫助相關(guān)方及時(shí)采取措施。