温室气体通量在线观测系统

自主可控，观测精密——中国气象局“温室气体观测关键技术研发及应用”青年创新团队（以下简称“创新团队”）为推动我国温室气体观测事业的发展而努力。紧紧围绕《气象高质量发展纲要（2022—2035年）》的统筹规划，面向气象高质量发展对温室气体站网建设、能力提升和质量加强的业务服务要求，针对国家双碳战略的重要决策部署，为精确评估我国减排成效并“摸清家底”，在精密观测和技术自主创新方面狠下功夫。创新团队由来自青海、浙江、广东、黑龙江等省气象局、中国气象局广州热带海洋气象研究所以及复旦大学的20名青年组成。汇集了各单位的业务专业知识以及来自科研、高校、企业等优势资源，致力于温室气体观测关键技术的研发和应用，以推动我国温室气体观测事业发展。该团队从我国温室气体观测面临的主要问题出发，包括由于观测装备国产化不足限制大规模开展、二氧化碳/甲烷缺乏国家计量基准、观测主要在近地面垂直观测资料缺乏、温室气体浓度时空变化机制研究不够深入等，设立了四个方面共计12项任务，努力推动装备自主、计量可控、观测立体、数据可靠、服务有效。这些任务旨在解决现有观测体系存在的瓶颈，推动温室气体观测技术的创新和进步。为确保研发工作的顺利进行，创新团队依托于中国气象局大气探测中心，并根据《联合国气候变化框架公约》等对温室气体基础设施和数据产品的要求，建立了高精度温室气体装备测试平台、运行监控和数据质控平台、标气管理和标准平台等业务信息化平台，为团队的工作提供了强有力的支持，保障了观测装备的精确性和可靠性。该团队在温室气体观测的立体化方法和技术上重点着力。为了弥补垂直观测资料相对较少这一不足，创新团队利用高山观测站和气象探空等平台，开展了大规模的垂直观测。以此成功获取了不同高度上的温室气体浓度和变化趋势数据，为气候模型和减排政策提供了重要依据。针对观测装备的需求，该团队进行了深入研究和探索，在光腔衰荡法国产高精度温室气体分析主机噪声降低技术取得新进展。针对国产光腔衰荡法国产高精度温室气体分析主机艾伦方差所示低频噪声较大的问题，使用多手段降低衰荡时间不确定度。采用三角环形腔极大提升有效光程，进而提升整体精度；通过抑制高阶模引入的拍频噪声，利用稳频技术压窄激光线宽等方法降低背景噪声，提升信噪比，降低探测不确定度。目前，已在两个大气本底站国产光腔衰荡法国产高精度温室气体分析主机开展观测试验。该团队完成了低干扰进气除水系统的集成、测试和应用示范。结合大气本底站业务运行和维修维护经验，采用低露点无尘压缩气源、无损渗透除湿干燥管、集成组装式电磁阀组、定制低泄率无油隔膜泵、小型化气体流量计、压力传感器等多项新技术、新装置，优化了气路结构设计，形成集成紧凑的预处理系统。目前，已在浙江省多个温室气体观测站开展应用示范。此外，该团队还完成基于小型无人机的园区观测试验预研工作。10月，在上海东滩湿地公园完成两个航次500米以下的温室气体垂直廓线研究，获得初步的甲烷浓度廓线。针对超级排放源园区，确定大致羽流分布和羽流横截面浓度分布，制定观测实验方法。该团队非常注重成果的应用与推广，将研究成果及时转化为实际应用，为温室气体减排和环境保护提供技术支持。在温室气体观测关键技术的研发和应用方面取得了重要的进展。这些成果不仅推动了我国温室气体观测事业的发展，还为温室气体减排和环境保护作出了重要贡献。[来源：中国气象报社][align=right][/align]

温室气体监测技术的发展趋势体现在以下几个方面：1. 天空地一体化观测体系：随着技术的进步，中国已经初步形成天空地一体化的温室气体立体观测能力。这意味着通过卫星、飞机、无人机以及地面观测站等多元化平台，可以实现对温室气体浓度的全面监测和分析。未来，这一体系将进一步完善，提高观测的准确性和时效性。2. 高精度观测站的建设：中国气象局已经建成117个高精度温室气体观测站，并在计划建设更多观测站，以形成覆盖重要气候关键区的全要素温室气体本底观测骨干网。这些站点采用高精度的在线分析系统，能够连续、实时监测大气中温室气体的浓度。3. 卫星监测技术的应用：中国在温室气体监测方面的卫星技术已逐步应用，发射了多颗具备全球大气二氧化碳监测能力的卫星，并启动了面向碳盘点的下一代全球碳监测科学实验卫星项目。这些卫星可以提供大范围、高分辨率的温室气体分布数据，对于全球和区域尺度上的气候变化研究至关重要。4. 数据融合与模型模拟：未来的发展趋势还包括将地面观测数据与卫星数据相结合，利用先进的数值模型进行数据融合和模拟，以更好地理解温室气体的来源、分布和汇流。这将有助于提高排放估算和气候变化预测的准确性。5. 质量控制与技术标准化：为了确保观测数据的准确性和可比性，温室气体监测将越来越注重数据质量控制和技术标准化。粤港澳地区已经建立了国内首个空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质[/color][/url]量自动监测质控技术体系，这种体系有望在未来得到进一步推广。6. 国际合作与数据共享：面对全球气候变化这一共同挑战，国际合作在温室气体监测领域显得尤为重要。通过国际合作项目，各国可以共享数据和经验，共同提升全球温室气体监测能力。综上所述，温室气体监测技术的发展趋势指向一个多元化、高精度、模型化、标准化的方向，这将有助于全球气候变化的科学研究和政策制定。

温室气体的机载高空探测主要是利用飞机、无人机或气球搭载气体测量仪器，在空中每个层高上对气体进行检测或对每个层高的气体采样后到实验室进行测量，具有灵活性高、机动性强、监测面积大等优点。机载温室气体探测是对温室气体垂直廓线的直接测量，结果具有更高的垂直分辨率与检测精度。通过近地面机载观测不仅能够精准稳定获取空间信息，而且能够弥补野外站点观测在空间连续性、区域一致性以及观测精度上的不足，解决卫星遥感时空分辨率过低以及与地面监测校准尺度不匹配的问题，成为温室气体监测的一项重要辅助手段。温室气体机载高空探测主要包含机载DIAL技术、机载FTIR技术、机载/球载TDLAS技术、机载/球载CRDS技术。美国NASA的研究人员在飞机上搭载一套DIAL系统，实现了10km高空处的CO2柱浓度检测。中国科学院安徽光机所采用一架Y-12型飞机，飞行高度保持在1km，在山东半岛地区开展了机载FTIR高空CO2、CO以及N2O的观测，飞行路线覆盖了裸土、沙滩、植被、海水以及居民区等多种地表类型。同样是中国科学院安徽光机所，将研制的小型化TDLAS系统和CRDS系统，通过球载探测方式分别实现了锡林郭勒草原和青藏高原地区高空温室气体垂直廓线探测。