【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]。

虽然这些探测环境的卫星也监测二氧化碳，但精度和广度都不够。因此，又发展了在轨二氧化碳观测仪器来测量全球CO2的分布。2009年1月23日，日本成功发射世界首颗温室气体观测卫星“呼吸”号（GOSAT），目标是观测全球二氧化碳和沼气等温室气体分布，该卫星上监测通道多达1.85万个，监测精度提高到1～4ppm，以捕捉温室气体的空间变化。2009年2月24日，美国发射了首颗轨道碳观测卫星，但在发射升空过程中因运载火箭出现故障坠毁，日本“呼吸”号也成了目前唯一的“嗅碳”卫星。

4.总结

与高空监测相比，利用地面监测站监测温室气体，具有数据可信度高、获取容易、能够瞬时获取等优点，但这种方法存在明显的不足：耗时耗力，难以进行宏观上的统筹规划。由于温室气体排入空气后，将受到排放方式、扩散模式、气象因素、地形条件等诸多因素的影响，其时空分布是复杂多变的。为了全面了解其宏观上的特点必须采取加密站点的方式，而站点的加密必将耗费大量的人力物力；获取的只是特定点上的数据，难以扩展到面，不能准确反应区域大气中温室气体的环境状况。虽然理论上可以依靠监测点的结果，通过数据同化方法扩展到面，但这种扩展方式的可靠性本身也是一个有待研究的问题。难以得到痕量气体的垂直分布信息：通过地基观测方法得到大气痕量气体垂直分布，其高度有限。

地面和高空监测温室气体各有优缺点，两种监测应互为补充，才能由准确掌握不同区域温室气体浓度变化规律及排放状况，分析评估各区域之间的输送和相互影响，为应对气候变化提供科技支撑。

参考文献

[1]Raich J W，Potter C S.Global Biogeochemistry Cycle，1995，（9）：23.

[2]熊效攮，王庚辰.资源生态环境网络研究动态，大气本底主要温室气体浓度的监测. 1992年第3期.

[3]王明星，曾庆存.大气中的二氧化碳含量.大气科学，1986，第10卷，第二期，212～219.

[4]张晓春，赵玉成，温玉璞，汤洁.青藏高原洁净地区大气二氧化碳本底浓度的测量及结果分析.

[5]温玉璞，徐晓斌，邵志清等.用非色散红外气体分析仪进行大气CO2本底浓度的测量.应用气象学报.1993，4（4）：476～480.

[6]邵志清，温玉璞等.大气C02本底浓度的现场观测系统（一）.中国大气本底监测系统.

[7]周凌晞，周秀骥，张晓眷等.瓦里关温室气体本底研究的主要进展.气象学报，2007，65（3）：458～468.

[8] Zhou L X，worthy D E J，Lang P M et a1.Ten years of atmospheric methane observations at a high elevation site in Western China.Atmospheric Environment，2004，38：7041～7054.

[9]李晶，王跃思，刘强.北京市两种主要温室气体浓度的日变化.气候与环境研究， 2006， 11（1）.

[10]阚瑞峰，刘文清，张玉钧.高灵敏激光吸收光谱仪监测北京城区甲烷浓度变化.大气与环境光学学报， 2007，2（3）.

[11]徐亮，刘建国，高闽光等.FTIR监测北京地区C02和CH4及其变化分析.光谱学与光谱分析，2 0 07，27（5）： 889～891.

[12]陈泮勤，黄耀，于贵瑞.地球系统碳循环[M].科学出版社，2004.

[13]卢兰.三峡库区几种土地利用方式土壤CH4通量及其影响因素研究.华中农业大学硕士学位论文，2009.

[14]胡玉琼，王跃思.内蒙古草原温室气体排放日变化规律及其矫正方法研究.第九届全国大气环境与污染学术交流会议论文集，2001.

[15]王淑荣，李福田.全球二氧化碳分布监测仪发展现状与建议.全国国土资源与环境遥感应用技术研讨会，2009.