象新科技- 温室气体监测技术现状和发展趋势

工农业生产、化石燃料燃烧、机动车尾气排放等人类活动产生的过量温室气体加剧了全球气候变暖，研究和发展适用于不同空间、时间尺度的温室气体精确、快速、动态检测技术是环境气候研究的基础和前提。基于光谱学原理的气体检测技术，具有非接触、快响应、高灵敏、大范围监测等优点，是目前温室气体监测技术的主流研究方向。针对当前温室气体点源、面源、区域、全球等尺度下的监测需求，综合利用多种形式的光谱学测量手段，开展地面探测、地基探测、机载探测和星载探测四种典型光学观测，获取温室气体空间分布、季节变化和年变化的特征和趋势，这对理解区域碳排放、掌握源汇信息、研究环境气候变化规律等具有重要意义。  

   2021年8月，联合国政府间气候变迁专门委员会（IPCC）公布了第六次气候变迁评估报告（IPCC-AR6），指出工业革命后，过多的温室气体排放已对地球环境造成了严重危害。报告显示，由于温室效应的影响，与工业化前的气温记录相比，目前全球平均升温估计为1.1℃，在未来20年内，全球升温或将超过1.5℃。全球升温1.5℃时，热浪将增加，暖季将延长，而冷季将缩短，进而对自然生态系统产生严重影响，如异常气候频发、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、中高纬生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸等等。

    京都议定书中规定控制的6种温室气体为：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6），其中后三种气体造成温室效应的能力最强，但从对全球升温的贡献百分比来说，CO2、CH4和N2O三大主要温室气体所占的比例最大，它们对全球变暖的总体贡献占到77%，浓度也呈现出逐年升高的趋势，如表1所示。大气中的CO2是三大主要温室气体中浓度最高的一种，也是对温室效应贡献最大的气体，在大气中滞留的时间为50~200年。大气中CH4和N2O的浓度虽然远小于CO2，但其增温潜势分别是CO2的21倍和310倍。大气中CO2、CH4和N2O三种组分是目前温室气体监测的主要对象，也是当前世界各国控制减排的主要温室气体组分。

大气中CO2、CH4、N2O三大温室气体的特征吸收光谱主要位于近红外和中红外光波段，其中近红外波段波长在0.78－2.5μm范围，对应于气体分子的“泛频”吸收谱带，而中红外波段波长位于2.5－25μm范围，对应于气体分子的“基频”吸收谱带，吸收强度要明显高于近红外波段，适用于超低浓度痕量气体分子的高灵敏检测。针对目前温室气体多目标场景监测需求，研究人员开展了不同形式的探测方法研究，主要包括地面探测、地基探测、机载探测和星载探测，综合运用各种吸收光谱技术和仪器，通过扫描获取温室气体红外波段的特征吸收光谱，经过光电信号转换、光谱信号采集、浓度算法解析、软件数据处理等技术过程，能够实现温室气体多组分高灵敏时空分辨观测。

3.1 地面探测

在人为温室气体排放中，地面点源排放占比最高。典型的点源排放主要包括火电、钢铁、石化、化工等重点行业固定点源及高架点源等工业点源排放。此外，城市也是二氧化碳排放的主要来源，包括地面交通、城市餐饮集中区等典型城市点源排放，废弃物处理行业的废弃物填埋场和污水处理过程点源排放，以及农林畜牧养殖业点源排放等。

温室气体排放监测对于评估温室气体排放水平，推动温室气体减排具有重要意义，国际上很多国家都相继制定了温室气体测定的相关标准或法规。我国温室气体光谱学监测技术经过近二十年的发展取得了长足的进步，探测手段、研发投入、应用产出等都有了较大的提升，并逐渐形成了天地一体化监测体系，地基遥感探测和卫星遥感探测方面的一些研究成果也达到了国际先进水平，但是目前一些温室气体高端分析仪器仍落后于西方发达国家，核心部件“卡脖子”现象频现，因此亟待推动监测技术的创新优化和国产仪器的更新迭代。未来，在碳达峰、碳中和以及环境污染防治等国家战略推动下，基于光谱学原理的气体检测技术和仪器将在温室气体大气背景监测、生态通量监测、碳柱及廓线监测等方面发挥重要作用，相关的分析仪器也将朝着国产化、小型化、智能化等方向发展。

象新科技（无锡）科技有限公司，专注大气环保遥测设备及解决方案开发，主要产品：气溶胶（颗粒物）激光雷达、臭氧激光雷达、云高仪，公司目标让产品可定量、可检验、可对比、可控制，积极配合客户进行大气环保解决方案开发和实施，为祖国的”绿水青山“贡献一份力量   

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