碳監測如何著手？技術難點在哪？
7月16日，全國碳排放權交易市場（以下簡稱碳市場）正式啟動。這是利用市場機制控制和減少溫室氣體排放、推進綠色低碳發展的一項重大制度創新，也是推動實現碳達峰目標與碳中和愿景的重要政策工具。全國碳市場的建設運行，意味著相關行業碳排放量核算已具備較為完善的機制。
如今，碳監測也正在加緊推進。為落實碳達峰目標和碳中和愿景，按照生態環境部安排，中國環境監測總站于今年2月成立了碳監測工作組（以下簡稱工作組），在全國牽頭率先開展系統的碳監測調研、方案設計和試點工作。碳監測的技術難點在哪？目前有哪些進展？記者近日對工作組進行了采訪。
什么是碳監測？為什么要開展碳監測？
“隨著二氧化碳等溫室氣體在大氣中的濃度逐年攀升，導致全球范圍內的氣候變暖，對人類的生產和生活造成了很大影響，掌握溫室氣體濃度水平及其變化趨勢很有必要。另一方面，為應對氣候變化，包括我國在內的多國政府制定了溫室氣體減排政策和目標。為評估政策有效性，國際上構建了溫室氣體排放量的核算體系，而碳監測是輔助核算體系的重要支撐。”工作組負責環境濃度監測的成員孫康告訴記者。
碳監測是指通過綜合觀測、數值模擬、統計分析等手段，獲取溫室氣體排放強度、環境中濃度、生態系統碳匯以及對生態系統影響等碳源匯狀況及其變化趨勢信息，以服務于應對氣候變化研究和管理工作的過程。主要監測對象為《京都議定書》和《多哈修正案》中規定控制的7種人為活動排放的溫室氣體，包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟化碳（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）和三氟化氮（NF3）。
從源匯角度看，碳監測獲取的基礎信息包括溫室氣體排放強度、環境中濃度和碳匯狀況等三個方面的數據。“排放是源頭，是‘加’的過程，碳匯是消解，是‘減’的過程，而環境中濃度可以理解為加減后的存量。”孫康向記者解釋。
通過碳監測，服務國內減排控制，支持督促各層級落實減污降碳、源頭治理要求；服務國際履約，支持國家溫室氣體清單編制和國際談判；主動適應氣候變化需求，加強氣候變暖對我國承受力脆弱地區影響的觀測和評估等。
國際通用指南是采用“自下而上”的核算方法報告國家溫室氣體排放和吸收量，那怎樣理解碳核算和碳監測之間的關系？孫康介紹，“簡單來說，前者主要是基于活動水平和排放因子的乘積計算溫室氣體排放量，后者是結合大氣中溫室氣體濃度監測數據和同化反演模式計算溫室氣體排放量。監測可以推動完善核算體系，支撐排放因子本地化更新，也可以對核算結果進行校核。”
碳監測有哪些基礎？如何著手？
生態環境部在碳監測方面已具備一定工作基礎。工作組目前從排放源監測、環境濃度監測、生態系統碳匯監測，以及技術方法和質量控制等4個方面著手開展工作。
環境濃度監測方面，我國自2008年起陸續建成16個國家背景監測站，其中11個站點能實時監測CO2和CH4，部分背景站還開展了N2O監測。在具備條件的福建武夷山、四川海螺溝、青海門源、山東長島、內蒙古呼倫貝爾等5個站點完成了溫室氣體監測系統升級改造，改造后CO2、CH4監測精度達到世界氣象組織全球大氣監測計劃（WMO/GAW）針對全球本底觀測提出的要求。此外，2011-2015年在31個省會城市開展了城市尺度溫室氣體試點監測。
“環境濃度監測數據轉化為溫室氣體排放量數據需要借助數值模擬手段。下一步，中國環境監測總站擬聯合中國科學院等科研院所，基于嵌套式高分辨率碳同化反演模式，綜合利用地面和衛星等多源觀測數據，開展我國不同尺度的CO2排放量動態變化反演研究，加強數據應用。”孫康介紹。
生態系統碳匯監測方面，依靠現有生態監測業務體系，一是建立了土地生態類型及變化監測業務，基于衛星遙感輔助地面校驗技術手段，每年完成我國陸域范圍內土地利用現狀及動態監測。二是探索開展生態地面監測，在典型生態系統布設監測樣地，開展生物量、植物群落物種組成、結構與功能監測。工作組負責生態系統碳匯監測的成員劉海江指出，“研究表明森林生態系統是全球陸地植被最大的碳庫，儲存了超過一半的碳，因此碳匯監測優先重點關注森林生態系統，同時也兼顧草原、濕地等其他生態系統。監測的重點區域在重點生態功能區、生態保護紅線區、自然保護地、生物多樣性優先保護區，以及‘兩屏三帶’國家生態安全屏障區。”
在排放源監測方面，政府層面發布了CO2、CH4、煙氣流量等指標的國家標準監測方法，持續推動現場監測和自動監測技術研發和標準化，統一監測評價；企業層面，電力生產、石油天然氣開采等重點行業骨干企業依托廢氣自動監測、揮發性有機物泄漏檢測等相關工作基礎，開展了溫室氣體排放監測前期研究工作并積累了一定經驗。“綜合考慮，首期試點工作選取對火電行業、鋼鐵行業重點開展CO2排放監測試點，對石油天然氣開采、煤炭開采行業重點開展CH4排放監測試點，對廢棄物處理行業統籌開展CO2、CH4和N2O排放監測試點。” 工作組負責排放源監測的成員劉通浩介紹道。
碳監測難點在哪？怎樣保證數據準確性？
相對于常規污染物監測，碳監測技術難點主要在于對監測數據的準確度要求非常高。工作組負責監測技術和質量控制的成員師耀龍進一步解釋，“環境濃度監測方面，以WMO組建的GAW監測網為例，其對背景空氣CO2在線監測的可比性要求為0.1ppm，而一般情況下CO2在環境中的實際濃度是400ppm左右，這就要求兩套監測系統間結果差異要低于萬分之2.5，可以說是目前所有環境監測項目中對監測數據準確度要求最高的一類項目。”
拿排放監測來說，溫室氣體排放形式更加復雜，既包括點源排放，又包括逸散排放，既包括生產工藝排放，又包括治理設施排放；排放濃度范圍更大，由于多數現場沒有針對溫室氣體的治理設施，溫室氣體排放水平與原輔料密切相關；對廢氣流量監測準確性需求也更高。“我們對常規污染物主要關注其排放濃度是否超標，對溫室氣體主要關注其排放總量，這就要求我們能夠準確測定氣體流量。而多數廢氣現場直管段長度不足，流速不均，且流速監測設備難以實現現場校準和溯源，這些因素都會影響流量監測準確性。”劉通浩補充道。
此外，部分溫室氣體監測存在較大技術難度。師耀龍分析指出，“如碳14同位素為指示CO2來源的重要同位素，但由于其不是穩定同位素，濃度極低，需要采用加速器質譜等大型儀器開展監測，并配套相應的采樣方法，需要大量的經費、人員和場地保障。”
為保障監測準確，需要從量值溯源和標準化兩方面著手。一是要建立國際等效可比、國內高精度傳遞的量值溯源/傳遞技術體系，即統一溫室氣體監測的“度量衡”，特別是要跟國際公認的溫室氣體監測“度量衡”等效可比。二是要在儀器、點位布置、自動監測等方面加強標準化工作。
工作組介紹，我國研制的CO2、CH4和N2O超高精度標準氣體在相關國際比對中，已與WMO所屬GAW監測網三種“標尺”氣體量值等效可比，為下一步建立我國溫室氣體“標尺”并開展各類溫室氣體監測質量控制和標校工作奠定了技術基礎。
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