主要温室气体监测研究现状

【摘要】本文总结了国内外主要温室气体本底浓度监测以及排放监测现状，并比较了不同监测网络或手段的优点及不足，为开展主要温室气体监测提供科学参考。

【关键词】温室气体；监测；本底浓度

1.引言

温室气体（Greenhouse Gases， GHG）是指大气中能产生温室效应的气体成分。《京都议定书》规定限排的6种主要温室气体为CO2、CH4、N2O、HFCs、PFCs和SF6，其时空分布及其变化在地气系统的辐射收支和能量平衡中起着决定性作用。温室气体监测是研究温室气体浓度变化趋势以及源和汇的构成、性质和强度等的基础，也是大气环境科学的重要课题[1]，因此开展温室气体监测工作，对温室气体分布评估和应对气候变化有重要意义。

2.地面监测

地面温室气体监测可分为本底浓度监测和排放监测。国内外建立的CO2、CH4本底监测网台站大多在高山、岛屿和海岸，在城市地区开展高时间分辨率的监测研究相对较少。而城市作为人类活动的中心，其温室气体浓度数据对于掌握温室气体变化规律，源、汇以及对城市污染模式、气体排放模式的建立和应用都意义匪浅。

2.1温室气体本底浓度监测

上世纪70年代，世界气象组织（WMO）、世界卫生组织（WHO）和联合国环境计划署等联合建立了“大气本底污染监测网”（简称BAPMON），对温室气体、反应性气体等大气本底进行长期的全球性的监测，目前共建成200多个台站，其中基准站近二十个，莫纳罗瓦站（Mauna Loa）、巴罗站（Barrow）、南极站（South pole）等已积累了几十年的实测资料[2—4]，取得了许多令人瞩目的结果。但是，BAPMON的基准站主要集中在大洋海岛上，大陆性基准站较少，这在一定程度上影响到BAPMON资料的广泛应用[4]。

1989年WMO组建全球大气观测网（GAW），如今是全球最大、功能最全的国际性大气成分监测网络，目前已有60个国家近400多个本底监测站（其中全球基准站24个）加入GAW网络，开展包括大气中温室气体的200多种要素的长期监测。美国、欧洲和加拿大等国家分别建立了IMPROVE、EMAP、CAPMoN观测网络，关注诸如温室气体等大气成分的变化。迄今为止，国际社会引用的全球温室气体浓度资料主要来自全球大气观测网（GAW）。但GAW的这些站点地理分布很不均匀，发达国家站点较多，亚洲内陆地区站点较为稀缺。

我国在大气成分本底观测方面的起步稍晚，20世纪80年代初，中国气象局在北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山建立区域大气本底站；1994年建立本底基准观象台（瓦里关基准站），开展的长期多种观测项目，包括利用气相色谱一氢火焰离子化检测器法（GC—FID法）在线观测大气CO2和CH4[5—8]，其浓度资料已进入全球同化数据库，应用于WMO温室气体公报和IPCC评估报告。近年来，我国进一步加强温室气体在线监测分析能力建设，包括在我国7个本底站（包括云南、新疆、湖北）初步建成网络化采样系统，每周一次进行台站Flask瓶采样、实验室非色散红外吸收法CO2浓度分析。此外，环保部门和一些科研机构也开展了温室气体观测研究，这将弥补区域观测资料的不足。

2.2温室气体排放监测

国外对温室气体排放监测起步较早，很多地方已经形成了监测网络。2009年12月，芬兰对全国所有省份和大中城市实施网上监测温室气体排放，监测主要涵盖用电、取暖和道路交通所排放的温室气体，并将数据以动态变化图形的方式在网上公布。2010年2月美国加州政府采购Picarro公司制造的温室气体检测装置，精确监测该州范围内温室气体的排放，采集到的数据用于核实能源消费的数值。

国内对于城市污染大气中温室气体的长期变化规律的监测研究相对较少。中国科学院大气物理所大气化学实验室自行研制了一套温室气体自动监测系统，以HP5890气相色谱仪为分析仪器，对北京地区CH4和CO2浓度日变化将近一年的连续监测[9]。阚瑞峰[10]等利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）对甲烷进行监测，获取了2005年秋季北京城区环境空气中的1min的时间分辨率连续1个月的甲烷气体监测数据。徐亮等[11]自行设计了一套基于长光程开放光路的傅里叶变换红外光谱（LP_FTIR）分析技术的监测系统，于2005年夏季对北京丰台地区进行了监测，获得了连续的CO2和CH4数据。中国科学院大气物理研究所从1985年开始，通过瓶采样和带有氢火焰离子检测器（FID）的气相色谱仪（GC）对北京大气甲烷做每周1次的长期定点监测，并陆续增加了对二氧化碳（1992年）和氧化亚氮（1993年）的监测。

国内已对农田、草原、森林等多种生态系统中土壤—植被温室气体排放进行了广泛的研究，且主要采用静态箱法采样[12]。卢兰[13]利用静态箱法采集土壤排放的CH4气体，然后在实验室内利用改装的气相色谱仪（GC3800，VARIAN）进行分析，对三峡库区几种土地利用方式土壤CH4排放通量的原位观测，比较不同土地利用方式的土壤CH4通量的大小，揭示CH4排放通量的季节变化规律。胡玉琼[14]采用静态箱—气相色谱法研究了内蒙古草原温室气体CO2、CH4、N2O与大气交换的日变化规律。

3.高空监测

遥感法红外光谱区是大气痕量气体的“指纹区”，富含痕量气体丰富的诊断性光谱特征，对于痕量气体的识别、反演非常有利。因此使用星载红外传感器反演大气中的温室气体具有无可比拟的优点。

早在1978年，Nimbus7卫星上就开始搭载TOMS传感器监测臭氧总量的变化。1979年开始NOAA系列卫星连续监测臭氧廓线。1995年4月欧洲空间局ESA发射的ERS—2卫星上，装载了全球臭氧监测仪（GOME），监测臭氧以及在对流层和平流层臭氧化学中具有重要影响的痕量气体的全球分布。美国航空航天局（NASA）和加拿大空间局（CSA）于1999年12月发射的TERRA卫星上搭载了对流层污染测量仪（MOPITT），用于反演大气中CO2和CH4的廓线。2002年3月欧洲空间局（ESA）发射的ENVI1上装载了多台大气化学成分测量仪器，研究CH4、N2O、CFCs等的成分变化及其对辐射收支和大气状态参数[15]。