关于温室气体监测的概述：目标与技术

2024年4月 目录 执行摘要项目概述 技术概述 部署结论 I II III III 引言 测量与监测的重要性1为什么网络监控有价值2测量与监测部署2 技术概述 分析场设备与传感器 远程传感技术 表面水平监测 排放分析技术 按行业划分的技术套件 部署驱动因素 障碍 监控目标21概述监控目标21 23结论 参考文献 缩写词和缩写 人工智能人工智能反洗钱合规要求高级移动泄漏检测亚太经济合作组织（Asia-Pacific Economic Cooperation, APEC）亚太经济合作组织碳减排项目加利福尼亚空气资源委员会CEMS连续排放监控系统（s）CH4甲烷中国国家标准（CO）一氧化碳中国国家标准（CO）2二氧化碳直接观察大气气溶胶谱（DOAS）差分光学吸收光谱仪美国环境保护署（Environmental Protection Agency）美国环境保护局（EPA）傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy）傅里叶变换红外光谱仪GF-5高分-5温室气体温室气体HFC氢氟碳化合物HVAC供热、通风与空调iOS国际标准化组织物联网物联网联合国政府间气候变化专门委员会政府间气候变化专门委员会IRA2022 年通货膨胀削减法案（美国）LEO低地球轨道陆上检测与修复活动（Land Detection and Repair Activities）泄漏检测与维修激光雷达光探测与测距技术环境保护部印尼环境与林业部n.d.无日期 / 未经日期N2O一氧化二氮美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration）美国国家航空航天局（NASA）非分散红外（Non-Dispersive Infrared）非分散红外传感器美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology）美国国家标准与技术研究院（NIST）OCO绕行碳观测卫星汽车排放分析仪预测排放监控系统PFC全氟化碳PPB每十亿份SF6六氟化硫TCCON全球碳柱观测网络THEOS泰国地球观测系统无人机无人机《联合国气候变化框架公约》联合国气候变化框架公约美国国际开发署（USAID）美国国际开发署 致谢 这份背景论文由美国支持亚洲经济增长项目（US-SEGA）制作，该项目由美国国际开发署/美国国务院资助和管理，旨在提升区域及经济体层级的行动者能力，以促进贸易和投资、实施监管和结构改革，并在亚太经合组织和印太地区追求包容性和有弹性的增长。US-SEGA由Nathan公司（Cadmus公司的一部分）实施。 本报告的主要作者为AJW公司的Christopher Hessler、Lynn Heller、Ethan Spira和Jo Thapa。其他贡献者包括AJW公司的Haley Armstrong、Richard Corey、Kathy Kiely、Ted Michaels、Clare Schulzki和Jake Smerchansky。此外，Liesl Kim和Ann Katsiak来自Nathan公司在监督和指导方面提供了支持。US-SEGA在美国商务部、美国国务院东亚及太平洋事务局（EAP/EP）以及USAID的指导下进行。 执行摘要 气候变化构成了一场紧迫的全球危机，也是亚太经合组织（APEC）经济体共同面临的挑战。尽管全球APEC利益相关者认识到减少温室气体（GHG）排放的必要性，但缓解人为气候变化的影响面临着诸多挑战（APEC 2023a）。因此，建立准确且被广泛接受的GHG测量和监测工具与技术对于应对这些挑战至关重要。测量可以作为分析特定排放源、评估自下而上的排放核算以及开发排放清单的有价值工具（美国环境保护署（EPA）2023a）。此外，政府或行业人员可以使用排放测量来评估控制策略的性能，并确定是否符合限制排放源可能排放污染物的法规（EPA 2023a）。因此，使用准确、互操作性、可靠和可追溯的排放测量系统是必不可少的。 全球应对气候变化需要准确且广泛认可的排放清单评估。国内和区域温室气体排放清单是国际气候变化协议和贸易（政府间气候变化专门委员会（IPCC）2006年）的主要信息来源之一，为政策制定者和区域环境保护机构评估环境状况提供了关键信息（La Notte等，2018年）。目前，通过各种方法估算各种来源和汇类温室气体的排放和清除，包括排放因子、活动数据、报告数据和甚至直接排放测量（EPA 2023b）。然而，由于数据获取有限和缺乏处理数据的技术等多种因素，估算温室气体排放涉及固有的不确定性（White等，2011年）。此外，温室气体测量技术标准与编制排放清单的方法和实践之间存在政策差距。因此，排放清单寻求测量技术和数据，以支持完整、有良好参考文献和质量保证的空气污染排放轮廓，以填充排放数据库并证明合规性（EPA2023c）。此外，在分析排放源和汇时，将大气测量与其他排放数据来源和模型结合使用证明是一个挑战。 随着经济体努力编制温室气体（GHGs）的完整清单，测量工作旨在为估计提供有用的质量保证，推进对特定气体和排放类别的输入和结果的额外科学验证，并帮助确定不确定领域（Calvo Buendia等，2019年）。将经过验证和新兴的测量技术整合到发展中的排放清单中，可以加强亚太经合组织（APEC）经济体减少温室气体排放的努力。 项目概述 本背景文件探讨了亚太经合组织经济体实施创新技术以帮助测量大气温室气体排放及其采用相关协议的潜力。1它概述了当前大气测量系统和设备的套件，该领域的新兴技术，以及亚太经合组织经济体目前使用来测量大气温室气体排放的关键示例。此外，本文深入探讨了其重要性。 将技术与排放清单的监管框架相一致，以支持有效测量和监控实践的应用和整合。2 技术概述 一个强大、多样、不断发展的传感器、平台和技术组合正在全球范围内被采用，以测量和监测温室气体排放。这份背景文件为亚太经合组织（APEC）成员国经济提供了与温室气体测量相关的技术概述，强调了它们的综合能力和在监测目标中的作用。这些技术应用包括表征和量化温室气体排放、测量空气质量是否符合国内标准、识别排放浓度趋势、提供实时空气质量信息、评估社区暴露情况以及验证温室气体模型和排放清单。此外，本文总结了分析现场设备、遥感、地表监测、排放分析工具和其他技术的总体能力和局限性。它还描述了以下关键类别的测量和监测技术和方法： •分析领域设备和传感器。这些测量技术是监测行业的“工作马”，被广泛应用于各种用例中，服务于多样化的应用组合，其中许多可以进一步支持亚太经合组织经济体减少温室气体排放的努力。 •遥感技术。 对象未知或信息不完整，无法提供翻译。卫星技术卫星数据可以识别来自土地利用、野火、生物活动、泄漏、化石燃料燃烧和其他活动的温室气体排放羽流。卫星为排放检测提供了最广泛的地理覆盖范围，并能检测到更大规模的温室气体排放。 对象未知或信息不完整，无法提供翻译。航空勘测技术。分析传感器安装在飞机和无人机（如无人机或气球）上，例如，这些是空中调查技术，可用于部署以测量区域气羽或发现较小的排放源。 对象未知或信息不完整，无法提供翻译。无人机无人机在监测大面积区域时能够检测到微小的泄漏，并且是调查、量化以及定位由其他技术最初检测到的泄漏的有用工具。 对象未知或信息不完整，无法提供翻译。系留气球。系留气球能够在极端高度携带更重的负载，并具有更强的抗风能力，与地面和空中勘测仪器协同工作，以收集大气数据。 •表面层监测。地面或设备安装的仪器，位于或靠近施工现场，能够进行温室气体检测或测量。这些仪器可能是固定的或移动的，并且可以联网以提供更完整的空间覆盖。 人为排放的七种京都议定书温室气体3气体来源众多，从小型排放源，如个人车辆，到大型排放源，如化石燃料发电厂。在这些来源之间，测量可以整合并达到不同规模——从烟囱级到全球级（图1）。相应地，监测目标将根据规模而变化。这些范围、来源和测量目标随后将指导评估温室气体排放所采用的工具和技术。 图1：监测尺度 部署 经济体系正在持续制定和实施措施以管理和解决空气质量问题（联合国环境规划署，2021年）。此外，各国正在努力加强其减少排放的举措，以符合承诺的目标，例如《巴黎协定》（巴黎协定，2015年）。这些措施共同推动温室气体排放减少，并需要进一步污染控制设备、技术和测量设备的需求。 尽管部署温室气体测量技术存在许多挑战，其中最显著的一个是使用大气测量与其他排放数据源和模型相结合来推断源和汇。虽然这些方法正在不断发展，但许多尺度和应用中的这些方法仍未得到验证，这使得收集和整合温室气体（GHGs）的空间显式估计通量变得具有挑战性（Holmberg et al. 2021）。其他挑战包括实施成本、估计不确定性、技术可用性、缺乏用户体验、数据可访问性、技术可靠性和耐用性以及技术发展不均衡。 结论 测量和监控在理解和管理温室气体（GHGs）的源和汇中起着关键作用，有助于确定大气中GHG浓度和随时间的变化。因此，这些过程使经济体拥有信息，以更好地减轻未来气候变化事件。目前，许多亚太经合组织（APEC）经济体正处于探索GHG测量方法的早期阶段，需要更好地理解并增加对技术的采用，以更有效地管理排放源。尽管有许多现有的工具可以测量GHG排放，但将监控目标与适当的工具相结合，决定了测量GHGs所使用的设备和策略。 国内对于传统污染物的规制和标准传统上推动了测量和监控应用。然而，许多亚太经合组织经济体正开始识别、发展和强化其政策来衡量温室气体（GHGs）、开发排放清单，并为达成全球气候目标（联合国环境规划署，2021年）作出贡献。展望未来，政府激励措施、新的法规和立法、以及自愿碳交易市场将继续推动测量和监控技术应用。分析目前使用的测量设备、新兴技术以及推动额外测量采用和集成的协议，为亚太经合组织经济体提供了减轻未来气候变化影响所需的信息。 引言 亚太经合组织经济体约占60%的温室气体（亚太政策支持单位2021年）。他们还认识到应对气候变化的迫切需要。然而，逆转由人为温室气体排放引起的气候变化提出了多个挑战。尽管单独测量排放并不能逆转气候变化目前的负面影响，但建立准确且被广泛接受的温室气体测量工具和技术对于应对这些挑战是基本的。需要测量和监控来表征温室气体的源和汇、大气中温室气体的浓度以及随时间的波动（国家学术出版社2010年）。测量和监控也是评估排放清单所必需的，这有助于确定空气污染的主要来源并建立随时间变化的排放趋势（美国环保署2022年）。反过来，亚太经合组织经济体可以使用这些信息采取行动，以减轻气候变化事件未来的影响。 虽然目前有众多测量方法和技术被部署以支持政策制定者和政府的监控目标（EPA 2022），亚太经合组织经济体仍在整合温室气体测量和制定减排协议的初步阶段（APEC 2022）。为了进一步了解温室气体的各种来源、汇和通量，亚太经合组织经济体需要对每个大气监测尺度上的有效和新兴测量方法有更深入的理解。此外，亚太经合组织经济体还需要更多关于现有测量设备和技术的局限性的见解。 没有任何单一测量工具或方法适用于所有监控目标和温室气体（Jonas et al. 2019）。现有测量和监测设备的性能和局限性各不相同，并且根据监测活动的目标，可能需要不同的设备组合（Christen 2014）。例如，现有技术可能旨在测量二氧化碳（CO）。2在环境水平下，而同样的技术在测量CO时可能表现出更大的性能可变性。2在烟囱（即固定来源）(EPA 2023e)。采用新的和新兴技术进行温室气体测量将需要整合到现有的排放数据和模型中，以推断源和汇，以及理解实现目标所需的适当技术。 亚太经合组织经济体已经认识到应对气候变化和减少温室气体排放的重要性。由亚太经合组织经济体于2020年制定的《吉隆坡愿景2040》呼吁“推动支持全球全面应对所有环境挑战，包括气候变化……以实现