城市二氧化碳排放從哪兒來?狗尾巴草告訴你

文章來源:中國科學(xué)院大氣物理研究碳交易網(wǎng)2020-07-14 10:12

20世紀(jì)以來,隨著工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展,人類社會(huì)正經(jīng)受劇烈的氣候變化,其最明顯的標(biāo)志之一就是溫室氣體(CO2是最主要的溫室氣體之一)濃度的快速升高,這主要是人類大量燃燒化石燃料產(chǎn)生CO2(化石源CO2)造成,而其中約有70%的化石源CO2排放發(fā)生在城市。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

  另一方面,我國城市化正以前所未有的速度和規(guī)模發(fā)展著,對(duì)未來氣候變化及政府碳減排政策的制定必然會(huì)產(chǎn)生重要影響。早在2014年,美國國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局和航空航天局就已經(jīng)部署了“大城市群碳排放”研發(fā)計(jì)劃,城市層面的溫室氣體減排行動(dòng)逐漸成為各國應(yīng)對(duì)氣候變化的主要手段之一。因此,建立我國的CO2城區(qū)監(jiān)測體系是非常有必要且迫切的。

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  但要想監(jiān)測城區(qū)CO2的來源,就得站得高,看得遠(yuǎn)。 本`文@內(nèi)/容/來/自:中-國^碳-排-放^*交*易^網(wǎng)-tan pai fang. com

 城市溫室氣體排放源及“范圍”示意圖(圖片來源:《城市溫室氣體核算工具指南》)城市溫室氣體排放源及“范圍”示意圖(圖片來源:《城市溫室氣體核算工具指南》)

  CO2城區(qū)監(jiān)測的第一種方法是建立起地面觀測系統(tǒng),如高塔站(如325m高的北京氣象觀測鐵塔)、地面站等,利用數(shù)據(jù)反演算法、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和檢驗(yàn)方法等,獲取高精度城區(qū)CO2濃度數(shù)據(jù)。 本`文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳排0放_(tái)交-易=網(wǎng) t an pa ifa ng . c om

北京氣象觀測鐵塔(圖片來源:中科院大氣所2020年公眾科學(xué)開放日互動(dòng)視頻)北京氣象觀測鐵塔(圖片來源:中科院大氣所2020年公眾科學(xué)開放日互動(dòng)視頻)

  CO2城區(qū)監(jiān)測的另一種方法是通過衛(wèi)星遙感反演。與傳統(tǒng)的地基觀測方法相比,它具有連續(xù)、穩(wěn)定、大尺度觀測等優(yōu)點(diǎn)。

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  在以上兩種方式的基礎(chǔ)上,可建立天地一體化的城區(qū)大氣碳濃度定量遙感監(jiān)測系統(tǒng),基于國內(nèi)和國際衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),結(jié)合地基驗(yàn)證資料,運(yùn)用綜合的反演和資料同化方法實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域高精度碳濃度測定。 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

天地一體化的城區(qū)環(huán)境遙感監(jiān)測系統(tǒng)天地一體化的城區(qū)環(huán)境遙感監(jiān)測系統(tǒng)

  我們知道,引起CO2濃度波動(dòng)的因素既有自然的(如植物光合作用、呼吸作用),也有人為的(如使用化石源CO2排放)。但目前,無論是衛(wèi)星遙感技術(shù)還是地面的溫室氣體觀測,都只能獲得大氣CO2濃度,無法直接獲取化石源CO2相關(guān)信息。

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  誰能來解決這個(gè)難題? 內(nèi).容.來.自:中`國*碳-排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fa ng.com

  你可能沒想到,功臣不是萬里之外的高空衛(wèi)星與地面站精密的測量儀器這樣的“專家”,卻恰恰是路邊最不起眼的狗尾巴草! 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

公園、綠化帶隨處可見的狗尾巴草(熊曉虎 攝)公園、綠化帶隨處可見的狗尾巴草(熊曉虎 攝)

  其實(shí),平凡的狗尾巴草也曾不凡——在古代就曾發(fā)揮過巨大的作用?!蹲髠鳌飞嫌涊d過這么一個(gè)故事:春秋時(shí),晉國的魏武子在生病時(shí),曾囑咐他的兒子,在他死后,把一個(gè)沒有生過兒子的妾嫁出去。后來魏武子病重,又告訴兒子在自己死后讓妾陪葬。魏武子死后,兒子覺得父親病危時(shí)的囑咐可能是神志不清時(shí)的胡言亂語,便依照他以前的吩咐把妾嫁了出去。后來,兒子領(lǐng)兵和秦國打仗,看見戰(zhàn)場上有個(gè)老人把遍地的狗尾巴草都打成了結(jié)子,纏住秦軍的戰(zhàn)馬,兒子也因此獲勝并俘虜了秦將。當(dāng)夜,兒子做了個(gè)夢(mèng),夢(mèng)見在戰(zhàn)場上給狗尾巴草打結(jié)的老人自稱是那位出嫁妾的父親,是以此來報(bào)恩的。這也是成語“結(jié)草銜環(huán)”的典故之一。

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  言歸正傳,狗尾巴草又怎么擔(dān)當(dāng)起監(jiān)測二氧化碳的重任?

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  這就要說到它除了打結(jié)外的“本能”——光合作用。狗尾草在進(jìn)行光合作用過程中,會(huì)將大氣CO2轉(zhuǎn)化成碳水化合物存儲(chǔ)在體內(nèi)。在這個(gè)過程中,CO2的14C “信號(hào)” (碳的一種具放射性的同位素)也會(huì)被“同步記錄”在狗尾草中。因此,狗尾草就掌握了其生長期內(nèi)大氣14CO2變化的秘密。 本`文-內(nèi).容.來.自:中`國^碳`排*放*交^易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

  研究人員將城市不同區(qū)域狗尾草采集回來后,利用加速器質(zhì)譜儀(AMS)分析其葉片(光合作用的主要場所)14C水平,然后根據(jù)相關(guān)方程就能計(jì)算出化石源CO2的量了,從而“輕易”獲取到了城區(qū)化石源CO2時(shí)空變化特征,免去了帶著儀器四處奔波的辛勞。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

  如今,狗尾巴草已經(jīng)在監(jiān)測城區(qū)碳排放中起到了關(guān)鍵作用。

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  中科院地球環(huán)境研究所周衛(wèi)健院士團(tuán)隊(duì)就以陜西省西安市為研究地點(diǎn),利用2013年和2014年在西安中心城區(qū)采集的26個(gè)地點(diǎn)的狗尾草樣品,利用3MV加速器質(zhì)譜儀(AMS)測定其Δ14C,再根據(jù)質(zhì)量平衡方程獲得了西安市化石源CO2濃度連續(xù)兩年的時(shí)空分布。

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  該研究發(fā)現(xiàn),2013年西安中心城區(qū)化石源CO2濃度變化范圍為15.9-25.0 ppm;2014年,化石源CO2波動(dòng)濃度有所增大,為13.9-33.1ppm;環(huán)城路以內(nèi)、環(huán)城路-二環(huán)及二環(huán)-繞城高速三個(gè)區(qū)域內(nèi)化石源CO2平均濃度沒有顯著差異;化石源CO2的年際變化差異顯著,但市區(qū)東北角化石源CO2濃度始終處于較低水平。 夲呅內(nèi)傛萊源?。骇鎲┨?排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

2013到2014年化石源CO2濃度變化,濃度增加(減少)用紅色(藍(lán)色)表示,引自Xiong et al。, 20202013到2014年化石源CO2濃度變化,濃度增加(減少)用紅色(藍(lán)色)表示,引自Xiong et al。, 2020

  他們進(jìn)一步分析,發(fā)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車尾氣和居民生活排放對(duì)西安中心城區(qū)大氣化石源CO2濃度空間分布影響較市區(qū)的兩座熱電廠大,而化石源CO2來源的變化很可能受控于西南風(fēng)。

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 2013、2014年4-9月風(fēng)玫瑰圖,引自Xiong et al。, 20202013、2014年4-9月風(fēng)玫瑰圖,引自Xiong et al。, 2020

  相關(guān)成果發(fā)表在 Advances in Atmospheric Sciences 最新一期的“溫室氣體監(jiān)測???rdquo;上。 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

  在碳監(jiān)測方面,狗尾巴草算得上是“平凡中的英雄”。在它的幫助下,我們的研究能為碳減排政策的制定、減排效果的評(píng)估以及服務(wù)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展等提供關(guān)鍵的科學(xué)依據(jù),而這一切,都將為一個(gè)更好的中國,甚至更好的地球服務(wù)。 內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放*交…易-網(wǎng)-tan pai fang . com

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