我国温室气体监测技术应用及减排措施

二氧化碳、甲烷等温室气体的过度排放会引发全球变暖等一系列环境问题,对温室气体进行监测具有重要意义,世界各国正在积极开展温室气体监测以及减排工作。尽管我国温室气体监测工作及技术起步晚于国外,但近几十年来,我国监测技术尤其是光学监测技术发展迅速,光谱学技术已然成为我国监测温室气体的重要方法,并在多场景、多领域得到应用。利用光学技术,通过大气本底观测、地面排放监测、地基观测以及高空探测等多种探测方式,能够获得温室气体空间分布、时序变化以及源汇信息,帮助理解温室气体变化的环境效应,为我国温室气体减排控排工作提供数据支持。为应对温室气体过度排放带来的环境问题,中国各级政府及机关出台了多项相关政策,针对工业、交通运输以及农业等不同行业提出了各种减排措施,并取得了一定的减排成效。

欧盟、德国温室气体监测统计报告制度立法经验及政策建议

欧盟、德国温室气体监测统计报告制度,作为欧盟及德国温室气体排放监管体制的基本要素,不仅是欧盟温室气体排放监管的基本手段和行政执法的重要依据,也是欧盟和德国进行温室气体减排政策创新以及构建基于市场机制的温室气体减排制度体系的物质保障和法律政策保障。其在监管主体权责科学配置,确保排放主体如实履行报告义务,第三方查验机构准入监管和核证机制构建,碳配额登记与交易注册平台建设等方面的立法经验,值得我们在建立和完善碳减排政策体系和进行减排制度创新时予以借鉴。

FY-3D卫星高光谱温室气体监测仪热控设计及在轨验证

FY-3D卫星高光谱温室气体监测结构布局紧凑,在较小尺寸空间内布置有8个镜头组件、12台电子设备和3台电机。内热源数量众多,光学镜头控温精度要求高,热控功耗及散热面资源紧张,使热控系统设计难度较大。基于热管理、辐射间接热控、辐射冷却及结构热控协同优化设计等多种思路对监测仪热控系统进行设计,有效解决热控难题。入轨后监测仪历经了多个工况模式切换,在轨温度数据表明,所有工况模式下各部组件温度都满足指标要求,且光学镜头温度稳定度较高,在正常工作模式下,干涉仪关键件最大温度波动在±0.15℃以内,其他光学镜头组件最大温度波动在±0.45℃以内,且无论整轨待机模式还是正常工作模式,基于热管理的2组电子设备散热系统都无需消耗热控功耗,实现了多热源复杂机制下高精度控温及节能热设计。

大气温室气体监测仪热控设计与验证

大气温室气体监测仪(GMI)通过周期性捕获温室气体的超光谱数据,得到其浓度分布信息,是高光谱观测的重要载荷之一。监测仪指向机构、干涉仪组件、探测器热沉等关键部件的温度水平,温度波动及温度梯度对监测仪的正常工作及测量精度有较大影响。由于该监测仪的构型复杂,星上布局位置靠向阳面,周围热环境恶劣,因此探测器模块的散热及光学部件的温度控制是主要难点。利用热仿真软件对监测仪进行了典型工况的热仿真分析,得到各主要部件温度分布情况:4个通道探测器热沉温度≤10℃;光学镜筒能够控制在10~12℃,温度波动≤3℃/轨;干涉仪温度梯度控制在1.7℃以内。同时将热平衡试验结果及在轨飞行数据进行了比对,试验结果能够较好地包络在轨情况,有力验证了热设计的合理性及试验测试的覆盖性。

国际温室气体监测情况以及对我国的建议

准确、一致、可比、透明的温室气体排放和吸收数据对于应对气候变化国际履约和国内“双碳”战略具有重要意义,温室气体监测是获取相关数据的重要手段之一。本文系统梳理了国际履约对温室气体监测的要求和国在温室气体监测方面的实践,分析总结出我国温室气体监测需求,并提出制修订行业企业温室气体核算以及监测技术规范,强化煤炭、油气等重点排放源试点监测,探索开展甲烷以及含氟气体等排放监管监测,整合国内大气、温室气体浓度监测网络,开展浓度反演技术和模型的研究和应用等的建议。

基于CiteSpace的温室气体监测发展动态可视化分析

采用文献计量方法,利用CiteSpace软件对Web of Science核心合集中2004-2020年以“Greenhouse Gases Monitoring”为主题词检索到的2514篇文献进行可视化分析,从时间分布、国际合作、研究机构合作、研究领域、共被引分析和关键词分析等方面,揭示该领域的发展动态、研究实力分布、热点前沿等。结果表明:2004-2020年温室气体监测研究领域的发文数量总体呈现上升趋势,在全球应对气候变化的重大事件时间节点发文数量增幅较大;该领域发文量较多的国家和机构皆以发达国家为主,发展中国家中中国居首位,国家、机构合作关系紧密;温室气体监测研究涉及的学科领域较广,环境科学与生态学、环境科学、工程为排名前3位的学科领域,2010年后研究逐步拓展到建筑学、影像学、计算机科学、经济学等领域;该领域的研究知识基础主要聚焦温室气体浓度监测、来源去向、影响因素及变化趋势分析,温室气体监测技术方法研究及应用,以及森林、农业土壤碳汇研究等方面;通过不同时段关键词分析发现CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O一直是温室气体监测研究的重点对象,关注视角逐渐转向多因素、多领域、多技术、多方法、多策略研究。基于分析结果和中国实际,提出今后一段时期中国温室气体监测领域的研究重点和工作方向。

温室气体监测仪星上光谱定标及不确定度分析

大气主要温室气体监测仪(greenhouse gases monitoring instrument,GMI)采用空间外差干涉技术,能有效探测759~2058 nm波段大气高分辨率吸收光谱信息.星上定标是GMI光谱图像数据定量化应用的基础,在阐述了GMI成像和光谱定标原理的基础上,探讨了星上光谱定标方法,确定了外部光源特征谱线法的星上光谱定标方案。通过对模拟数据的计算,进一步分析了定标不确定度,得出星上光谱定标不确定度为0.030 nm.定标结果显示定标不确定度主要受定标光源不确定度,以及回归不确定度影响,该方法满足仪器的定标要求,为大气主要温室气体的定量化反演提供了依据.

滨海城市高精度温室气体监测网科学选址研究——以深圳市为例

为实现国家和城市尺度的“双碳”目标,落实减污减碳的总体要求,支持气候变化工作的成效评估,开展碳监测和评估试点工作非常重要.本研究以受海陆交互影响的滨海城市—深圳为例,基于基础地理数据、经济社会数据、排放数据、气象站数据和FNL再分析数据,采用WRF、HYSPLIT、FLEXPART-WRF、SAFE-C等模型,发展了一套适应于典型海陆交互区城市高精度温室气体监测网建设的科学选址方案.通过对各个模型结果进行整合分析,表明优选监测点位贡献度均在90%以上,均具有较高敏感性(平均敏感性为95.6%).本方案选取的温室气体监测点组成的温室气体监测网络能够满足深圳市反演1 km分辨率格网化温室气体源汇的目的.本文报道的科学选址方法对海陆交互滨海城市温室气体监测网建设具有参考和指导意义.

固定污染源温室气体排放量直接监测方法综述

针对温室气体排放量核查中的固定污染源温室气体排放量测量问题进行介绍。着重阐述应用直接监测法进行固定污染源温室气体排放测量的问题。介绍直接监测法中流量与气体浓度的测量方法与测量仪器、测量仪器的量值溯源方法及测量结果不确定度评价方法等内容。直接监测法相比传统的排放因子法和碳平衡法,具有先天的理论优势,可以在线连续监测,而不受排放因子、碳平衡燃烧氧化率等参数人为选用而引进的系统性误差。在此基础上展望直接监测法应进一步提高流量与浓度的测量准确度水平,并在统一浓度测量仪器量值溯源技术法规等方向进一步加深研究,今后直接监测法有望成为固定污染源温室气体排放测量的主流测量方法。

非二温室气体—HFC遥感和观测研究进展综述

近年来氢氟化碳HFC气体丰度不断增加,其温室潜能值巨大,对全球变暖产生影响的同时也间接造成臭氧层的破坏。国内外学者开展了广泛的地面原位测量来获取其全球丰度,同时遥感技术可以大范围、长时间、快速监测HFC气体的变化,成为该气体浓度反演的重要手段。对原位测量方法、示踪物比值法、卫星反演传感器发展和卫星反演方法 4个方面的内容进行阐述,结合载荷特征分析比较不同反演方法的优缺点,最后对当前反演存在的问题和未来的发展趋势进行了讨论和展望。

欧洲人为二氧化碳排放监测CO2M卫星计划

欧空局2019年将“人为二氧化碳排放监测任务CO2M”列为哥白尼计划的Sentinel 7任务,并在前期方案设计的基础上,签订了载荷研制合同。该卫星的主要探测仪器有用于CO和NO探测的CO2I和NO2I组合光谱成像仪、多角度偏振仪MAP和三波段高空间分辨率云成像仪CLIM。基于公开文献,概述了该任务的需求以及主要光学有效载荷的性能指标需求、探测原理、结构设计和关键技术等。

基于量子级联激光器的温室气体测量方法研究

中红外为分子的基频吸收波段,可被用于痕量气体的高灵敏度检测。介绍了基于中红外室温连续量子级联激光器(CW-QCL)结合波长调制技术(WMS)的光谱检测方法,研究了消除气体间交叉干扰的方法,并进行了相关的验证实验。利用中心波长在1274cm-1波段附近的量子级联激光器搭建了一套开放光路温室气体探测实验系统,进行101m开放式测量实验,实现了对大气中CH4、N2O的同步在线测量,检测限分别为3.87×10-9和1.28×10-9,验证了实验系统和实验方法的可行性,为实现区域高灵敏温室气体监测奠定了基础。

大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值仿真模拟

中国新疆阜康白杨河矿区42号煤层倾角大,浅部煤系地层露出,为研究煤层气从该区域溢出问题,防止煤层气资源浪费,基于大倾角煤层中气-水分异现象,修正了大倾角煤层三维气-水两相渗流模型,结合阜康白杨河矿区42号煤层实际地质资料与历史拟合储层再描述,展开了大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题数值模拟仿真研究。研究结果表明:大倾角煤层浅部露出区煤层气溢出问题的存在;埋深300、500和700 m直井生产15 a累计溢出量分别为1.02×10^(5)、1.08×10^(7)以及1.33×10^(7) m^(3),和产量比值分别是5.06%、668.02%以及335.77%,直井生产时会造成大量的煤层气资源浪费;溢出现象并非伴随整个生产周期,溢出量先增后降直到溢出现象结束,使用顺层井生产时可以完整观测这一过程,溢出现象持续了1918 d,日溢出量上升和下降过程近似对称,累计溢出量为7.18×10^(5) m^(3),和累计产气量比值为1.54%。补充400 m和600 m埋深直井模拟方案后,发现煤层气最大溢出量和累计溢出量与直井埋深呈正相关线性关系,而溢出现象开始时间随着埋深增加逐渐提前,500 m以深溢出现象开始时间保持不变。综合分析煤层气溢出现象是造成该区直井产能较差的原因之一,使用顺层井排采能有效提高经济效益和降低煤层气溢出现象。

大气CO2反演误差分析与精度验证

搭载于高分五号卫星平台的大气主要温室气体监测仪(GMI)主要用于测量大气温室气体CO2和CH4的柱浓度。为保证GMI遥感数据温室气体的反演精度,需分析温室气体反演中气溶胶等因素对反演结果的影响,并以此作为反演算法校正的要素。在此基础上,利用全球总碳柱观测网(TCCON)站点对GMI反演结果进行验证。结果表明,GMI近红外反演结果误差范围为-1.06±2.93×10^-6(-0.26±0.72%),反演精度在1%以内。

应用于GF-5卫星的大气CO_(2)协同反演算法

基于我国GF-5号卫星上大气温室气体监测仪(GMI)的遥感数据,开展中国区域的CO_(2)反演实验,根据中国区域特征差异对CO_(2)廓线样本进行统计,构建了适合中国区域特征、具有代表性的样本集,然后将统计反演得到的CO_(2)廓线作为初始值代入物理反演方法当中,形成协同统计和物理方法的新算法。通过分析新算法的反演结果,得出协同反演算法在单独使用物理反演算法的基础上精度提高了47.7%,其反演结果与国际上同类型的卫星OCO-2提供的观测结果的相关性达到88.5%。