摸清二氧化碳“家底”讓減碳更有針對性

“雙碳”，指碳達峰和碳中和，這里的碳主要是指我們熟悉的溫室氣體——二氧化碳。中國承諾，力爭于2030年前達到二氧化碳排放峰值，努力爭取2060　年前實現碳中和。實現碳中和，就是二氧化碳排放和吸收達到平衡。世界氣象組織（WMO）公布的最新數據顯示，2020年平均地表二氧化碳濃度達到新高，為413.2ppm（ppm指每百萬個干燥空氣分子中的氣體分子數），是工業化前（1750年前）的149%。對于二氧化碳這種無色無味的氣體，我們看不到，也摸不著，那該如何知道它的含量是增多了，還是減少了？何時會達到峰值？有沒有達到排放和吸收的平衡呢？本欄目特請山西省氣象科學研究所副所長朱凌云，在“全國低碳日”給大家講解，他們是如何通過監測，來摸二氧化碳“家底”的。

1 先進技術為二氧化碳“量體”

說起二氧化碳監測，你會想到什么？是實驗室里透過顯微鏡放大幾十、幾百倍后觀察細菌的場景？還是高樓上架起望遠鏡觀察星星的場景？抑或是手持甲醛測量儀在密閉空間內踱步的場景？其實，這幾種方法對于二氧化碳監測都不適用，畢竟氣體是無色無味的，再加上二氧化碳在空氣中的含量極少，用常規儀器難以精密監測。

一般來講，二氧化碳監測，主要是通過收集一定量的氣體并運用一定的方法對其中所包含的二氧化碳的濃度進行測量的過程。“在太原市小店國家氣象觀測站院內，就設有一個溫室氣體觀測站，可以監測空氣中的二氧化碳含量。”山西省氣象科學研究所工作人員張逢生介紹，站點設有一座約30米的高塔，塔上裝有氣體采集口，塔下是一座房艙，里面是大氣監測的各種機器，二氧化碳濃度分析儀就在這里。當采集口將從高空采集到的空氣通過管道傳輸到二氧化碳濃度分析儀中后，儀器就會測量出這一部分空氣中所含的二氧化碳的濃度，并直接顯示在屏幕上。“我們這里采用的二氧化碳濃度分析儀是目前世界上最先進的儀器，精準度非常高，5分鐘內漂移量在50ppb（10-9）之內。由于早晚高峰引起的大氣中二氧化碳濃度的升高都可以準確及時捕捉到。”張逢生介紹。

為什么非要從30米的高空中采樣？張逢生介紹，因為這里的空氣呈混合均勻的狀態，如果在地面采集，會導致測量結果的不準確。

2 監測助力，“裁衣”才能更“合身”

人類活動排放的二氧化碳對氣候的影響已經不言而喻，近年來越來越受到重視，“雙碳”目標的提出就是一個重要信號。監測二氧化碳在空氣中的濃度，對“雙碳”任務的分配比例、“雙碳”目標的達成與否都有重要指導意義。

我省是全國氣象部門首家開展溫室氣體監測的省份。早在2012年，山西省氣象局就開展了溫室氣體觀測站網的布局，并在大同、朔州、太原、臨汾、晉城以及五臺山建立了6個溫室氣體觀測站點。“這6個站點均被納入‘國家溫室氣體觀測站網首批臺站名錄’，第一批國家級站點有44個，我省占到了13.6%。”朱凌云介紹，這6個站點，基本覆蓋了全省，但密度還遠遠不夠。未來，我省還將在忻州、陽泉、呂梁、晉中、長治、運城等地建設新的站點。監測空氣中的二氧化碳濃度僅僅是第一步。“我們已經建立了集運行保障、數據標校、數據質控和應用分析等為一體的‘監測-評估-研究-服務’全鏈條溫室氣體綜合監測評估業務體系。”朱凌云解釋道，就是不光要監測，還要據此進行分析、研究，探索其規律，找出哪里是源（人為排放的溫室氣體）、哪里是匯（植被吸收的溫室氣體），并提供決策建議。其實，在6個站點建成的同時，我省還設立了一個中心站，主要功能是進行6個站點觀測數據的質量控制和質量保證，建立山西省溫室氣體數據庫，對數據進行處理分析，最終形成各類服務產品。

基于站點的監測數據，中國氣象科學研究院碳中和及溫室氣體監測評估中心開展的自然、人為碳通量分析中，優先分析制作了山西省3km×3km的碳通量精細數據集。“我們仍舊處于領先地位，這將為‘碳中和山西行動’提供極大的助力。”朱凌云說。“監測溫室氣體，實際上是摸清家底的過程。”朱凌云表示，基于此，相關部門才能制定更有針對性的減碳排措施，真正做到量體裁衣。

3 “去偽存真”，精確數據的取得還需專業“眼睛”

“五臺山的監測數據不對，趕緊通知房艙檢查，看是哪里出了問題。”山西省氣象科學研究所，平臺上顯示出一段有斷層的曲線引起了值班人員王淑敏的警覺。這是各地監測站同步發回的溫室氣體監測數據。數據每5分鐘更新一次，在平臺上形成一段有起有伏的波浪線。“這種起伏波動是正常的，但如果突然波動幅度增大或出現斷層，我們就會判別為異常值。”王淑敏介紹，異常情況出現的原因有很多，比如更換冷阱酒精、標定儀器等系統維護抑或是采樣口的堵塞，甚至是大量人員的參觀都會引起上述異常。

其中，冷阱是空氣從采集口到達監測儀器的一個必經之路。“因為二氧化碳可溶于水，所以在空氣到達分析儀之前，必須經過冷阱這樣一個裝置。冷阱中儲存的是-50℃的酒精，當空氣經過時，氣態的水就會凝結，留在冷阱中。這時到達儀器的空氣就變成了干空氣，測出來的二氧化碳濃度才具有科研性、普適性。”王淑敏介紹。

在排除了各種因素影響后得出的數據，就反映了當地空氣中二氧化碳的準確濃度。“我們的儀器，每2個小時就會對標國際標準進行一次‘校準’。”所以，這個數據也是符合國際標準的。

據介紹，根據多年監測結果，我省6站二氧化碳濃度都呈上升趨勢，與全球大氣二氧化碳濃度年際變化趨勢一致。從地域而言，其濃度呈北部低，中南部高的特點。5個城市觀測站的平均濃度由高到低依次為臨汾、晉城、太原、朔州和大同。五臺山站海拔較高，受人為排放影響較小，是我省的清潔對照站點，平均濃度最低；從時間上看，一年中，冬春季濃度高，夏秋季濃度低。一天之中，除了五臺山站外，6—9時濃度最高，16時為最低值。此外，根據全省碳通量初步分析結果得出，臨汾地區表現為強碳源排放區，而忻州地區為碳匯吸收區。
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