城市大氣溫室氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范

城市大氣溫室氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了高精度塔基地面溫室氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)的原則、方法和要求。本文件適用于城市大氣溫室氣體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的規(guī)劃、設(shè)立和建設(shè)工作。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB8702電磁環(huán)境控制限值HJ664環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)規(guī)范(試行)QX/T174大氣成分站選址要求QX/T125溫室氣體本底觀測(cè)術(shù)語QX/T381.1農(nóng)業(yè)氣象術(shù)語第1部分：農(nóng)業(yè)氣象基礎(chǔ)3術(shù)語和定義下列術(shù)語及其定義適用于本指南。3.1溫室氣體greenhousegas大氣中能夠吸收紅外輻射的氣體成分，主要包括水汽（H20）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N20）、六氟化硫（SF6）、全氟化碳（PFCS）和臭氧（03）等。[來源：QX/T125-2011，3.1]3.2下墊面Underlyingsurface能與大氣進(jìn)行輻射、熱量、動(dòng)量、水汽、塵埃和其他物理量交換的地球表面。[來源：QX/T381.1-2017，4.48]3.3城市點(diǎn)urbanassessingstations以監(jiān)測(cè)城市內(nèi)大氣溫室氣體濃度水平和變化趨勢(shì)為目的，反映城市本地人為溫室氣體排放狀況，在城市內(nèi)設(shè)置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。3.42背景點(diǎn)backgroundstations以監(jiān)測(cè)城市本底大氣溫室氣體濃度水平和變化趨勢(shì)為目的，反映城市本底溫室氣體源匯收支整體狀況，在城市周邊遠(yuǎn)離溫室氣體排放源的地區(qū)設(shè)置的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。4布點(diǎn)原則4.1代表性點(diǎn)位能夠客觀反映一定空間范圍內(nèi)大氣溫室氣體水平和時(shí)空變化規(guī)律，滿足評(píng)估城市溫室氣體濃度水平和排放量的需要。4.2可比性同類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置條件盡可能一致，包括布設(shè)原則、監(jiān)測(cè)方法、質(zhì)量控制與質(zhì)量保證等，使各個(gè)點(diǎn)位獲取的數(shù)據(jù)具有可比性。4.3整體性考慮城市地形地貌、氣象等綜合環(huán)境因素，以及能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)布局等社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，反映城市主要溫室氣體濃度水平和排放狀況。4.4前瞻性應(yīng)結(jié)合城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃考慮點(diǎn)位布設(shè)，能兼顧未來城鄉(xiāng)空間格局變化趨勢(shì)。4.5穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置確定后，原則上不應(yīng)變更，以保證監(jiān)測(cè)資料的連續(xù)性和可比性。5布設(shè)流程及要求5.1城市點(diǎn)5.1.1綜合考慮城市環(huán)境條件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)特點(diǎn)以及溫室氣體排放特征，新建或者依托城市現(xiàn)有符合要求的設(shè)施，在城市建成區(qū)內(nèi)合理布設(shè)點(diǎn)位。5.1.2城市點(diǎn)用于監(jiān)測(cè)本地CO2等溫室氣體排放影響，可基于移動(dòng)監(jiān)測(cè)、無人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感觀測(cè)和模型分析獲得城市CO2等溫室氣體濃度空間分布，視當(dāng)?shù)貙?shí)際情況在城市主導(dǎo)風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)和下風(fēng)側(cè)布設(shè)至少2個(gè)點(diǎn)位。點(diǎn)位應(yīng)代表城市溫室氣體排放的平均濃度水平，并在當(dāng)?shù)鼐哂幸欢ㄏ鄬?duì)高度，盡可能反映當(dāng)?shù)販厥覛怏w整體的空間分布。5.1.3城市點(diǎn)應(yīng)選在周圍50m范圍內(nèi)相對(duì)開闊、氣流通暢的地區(qū)，避免設(shè)置在低洼地區(qū)。5.1.4應(yīng)收集本地氣象監(jiān)測(cè)資料、溫室氣體地面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地理信息和土地利用信息資料、溫室氣體排放源資料、城市內(nèi)及周邊區(qū)域電視塔、通訊塔、水塔等塔基平臺(tái)基礎(chǔ)信息，綜合考慮城市主導(dǎo)風(fēng)向、地形地貌、土地利用類型、溫室氣體空間分布特征、塔基平臺(tái)等因素，進(jìn)行圖上選址，按1：3的比例初步篩選備選點(diǎn)位。5.1.5宜采用統(tǒng)計(jì)分析和模式模擬方法，從初步篩選的備選點(diǎn)位中篩選出對(duì)城市主要溫室氣體排放源敏感的點(diǎn)位，優(yōu)化點(diǎn)位布設(shè)。統(tǒng)計(jì)分析和模式模擬推薦方法見附錄A。5.1.6應(yīng)實(shí)地勘查每一個(gè)篩選出的點(diǎn)位，確保周圍環(huán)境和采樣口設(shè)置符合要求。條件允許可開展現(xiàn)場(chǎng)3監(jiān)測(cè)或模擬實(shí)驗(yàn)，評(píng)估所選點(diǎn)位的有效性，確定候選點(diǎn)位。監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境和采樣口設(shè)置的具體要求見附錄B。5.2背景點(diǎn)5.2.1應(yīng)選在城市主導(dǎo)風(fēng)向上游具有較大區(qū)域尺度代表性的地區(qū)，原則上應(yīng)離開城市建成區(qū)和主要污染源20km以上。5.2.2背景點(diǎn)及周邊20km范圍內(nèi),土地利用方式等應(yīng)長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。5.2.3背景點(diǎn)布設(shè)應(yīng)在城市點(diǎn)布設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)行，相鄰城市可共同設(shè)置1個(gè)背景點(diǎn)。5.2.4實(shí)地勘察擬選背景點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意點(diǎn)位附近植被影響。監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境和采樣口設(shè)置的具體要求見附錄B。6點(diǎn)位布設(shè)數(shù)量要求6.1基本原則結(jié)合城市大氣溫室氣體監(jiān)測(cè)目標(biāo)、經(jīng)費(fèi)情況、技術(shù)力量等因素合理確定點(diǎn)位布設(shè)數(shù)量。6.2經(jīng)驗(yàn)性建議6.2.1最小監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)最小監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)至少需要2個(gè)點(diǎn)位。在主導(dǎo)風(fēng)的上下風(fēng)向各設(shè)置1個(gè)邊界點(diǎn)。適用于前期試驗(yàn)性監(jiān)測(cè)。6.2.2中型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)需要4~6個(gè)點(diǎn)位。在主導(dǎo)風(fēng)的上下風(fēng)向各設(shè)置1~2個(gè)邊界點(diǎn)，在城市內(nèi)設(shè)置2~4個(gè)點(diǎn)位。適用于中小型城市，或主導(dǎo)風(fēng)向明確、地勢(shì)平坦、以服務(wù)業(yè)為主的大城市。6.2.3大型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位類型涵蓋城市點(diǎn)、背景點(diǎn)，一般需要開展系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。適用于大型城市。7國(guó)外參考經(jīng)驗(yàn)見附錄C。A.1統(tǒng)計(jì)分析方法統(tǒng)計(jì)分析可采用K-Means、DBSCAN、層次聚類法等聚類統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)站點(diǎn)的足跡做聚類分析，基于聚類結(jié)果篩選點(diǎn)位。適合備選站點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)選擇。A.2模型模擬方法A.2.1模式模擬計(jì)算可綜合采用氣象模式與粒子擴(kuò)散模式，開展觀測(cè)對(duì)碳源匯變化的敏感性分析，然后根據(jù)敏感程度評(píng)價(jià)優(yōu)選點(diǎn)位，優(yōu)選敏感度高的點(diǎn)位。A.2.2氣象模式是高時(shí)空分辨的城市氣象場(chǎng)計(jì)算手段，可選用WRF（WeatherResearchForecast）、MM5（Fifth-GenerationPennState/NCARMesoscaleModel）、RAMS（RegionalAtmosphericModelingSystem）、ARPS（TheAdvancedRegionalPredictionSystem）、AREM（theAdvancedRegionalEta-coordinateMode）等模式。A.2.3粒子擴(kuò)散模式是點(diǎn)位的足跡權(quán)重（影響函數(shù)）計(jì)算手段，可選用STILT（StochasticTime-InvertedLagrangianTransportmodel)、FLEXPART（FLEXiblePARTicledispersionmodel）t、HYSPLIT（heHybridSingle-ParticleLagrangianIntegratedTrajectorymodel）等模式。A.2.4模式模擬計(jì)算至少選擇夏季和冬季2個(gè)典型季節(jié)開展，每個(gè)季節(jié)模擬時(shí)間不少于1個(gè)月。B.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境B.1.1城市點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與城市主要溫室氣體排放源保持至少1000m，應(yīng)采取措施保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近50m內(nèi)的土地使用狀況相對(duì)穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近無強(qiáng)大的電磁干擾，周圍有穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)和避雷設(shè)備，通信線路容易安裝和檢修。站址周圍電磁輻射環(huán)境應(yīng)符合GB8702限值規(guī)定。B.1.2背景點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與城市主要溫室氣體排放源保持至少10km，監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近1km內(nèi)的土地使用狀況相對(duì)穩(wěn)定。監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境狀況相對(duì)穩(wěn)定，所在地質(zhì)條件需長(zhǎng)期穩(wěn)定和足夠堅(jiān)實(shí)，所在地點(diǎn)應(yīng)避免受山洪、雪崩、山林火災(zāi)和泥石流等局地災(zāi)害影響，安全和防火措施有保障。監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近有穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，通信線路容易安裝和檢修。B.2采樣口位置采樣口應(yīng)距周邊植物冠層30m以上，距地面的相對(duì)高度在50~100m為宜，以保證采集大氣充分混合的樣氣，避免局地人為和自然排放源匯影響。下墊面平坦且無高大植被覆蓋的，可適度將采樣高度調(diào)整到30~50m。采樣口四周360°范圍內(nèi)障礙物的遮擋仰角不宜超過5°,最大不得超過30°。采樣口與交通道路邊緣間的最小距離應(yīng)符合QX/T174中對(duì)氣態(tài)污染物觀測(cè)的限值規(guī)定。優(yōu)先新建鐵塔或在已有的開放式高塔上設(shè)置采樣口。已有塔基平臺(tái)優(yōu)先選擇氣象塔、電視塔、通信塔等不影響城市大氣環(huán)流的公共設(shè)施，或雷達(dá)站、水塔等不受人為影響的公共設(shè)施，或高層建筑屋頂。必須在高層建筑屋頂設(shè)置采樣口時(shí)，須權(quán)衡建筑煙囪效應(yīng)及屋頂渦流，厘清建筑屋面排風(fēng)道、煙道等影響，且不得設(shè)置在煙道附近或其下風(fēng)向。C.1概述城市溫室氣體大氣濃度監(jiān)測(cè)是一個(gè)相對(duì)較新的研究領(lǐng)域，在歐美國(guó)家部分城市開展了一些探索研究，但仍未形成較成熟的技術(shù)體系。本附錄分別對(duì)中型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和大型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的典型案例進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。C.2中型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)C.2.1印第安納波利斯城市特點(diǎn)。該城市為中等城市，面積約8000km2，CO2排放量位列全美第11名，與其他大城市距離遠(yuǎn)受影響小，地勢(shì)平坦、氣象條件簡(jiǎn)單。布設(shè)流程。采用經(jīng)驗(yàn)判斷常規(guī)方法布設(shè)點(diǎn)位。2010年左右，在主導(dǎo)風(fēng)向的上、下風(fēng)向各布設(shè)了一個(gè)點(diǎn)。2011-2012年，環(huán)繞城市外圍布設(shè)7個(gè)點(diǎn)，靠近城市中心布設(shè)4個(gè)點(diǎn)。2012年，下風(fēng)向更遠(yuǎn)處增加1個(gè)點(diǎn)。圖1印第安納波利斯點(diǎn)位布設(shè)說明圖（參考文獻(xiàn)：Milesetal.,2017）C.2.2巴黎城市特點(diǎn)。法國(guó)巴黎作為典型生活型大城市，城市布局非常密集，排放強(qiáng)烈，地勢(shì)平坦，大氣傳輸模式建模更容易。布設(shè)流程。采用經(jīng)驗(yàn)判斷常規(guī)方法布設(shè)點(diǎn)位。圍繞主要建成區(qū)（大巴黎地區(qū)）建設(shè)7個(gè)高精度碳監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。這些點(diǎn)位位于主導(dǎo)風(fēng)向軸上，其中兩個(gè)站點(diǎn)位于人為排放較高的巴黎中心密集建成區(qū)，另外5個(gè)點(diǎn)則位于城區(qū)與鄉(xiāng)村交界處，同時(shí)還有一個(gè)城市大氣邊界層監(jiān)測(cè)站為傳輸模式優(yōu)化和數(shù)據(jù)濾波提圖2巴黎點(diǎn)位布設(shè)說明圖（參考文獻(xiàn)：Lianetal.,2023）C.3大型監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)C.3.1洛杉磯a)城市特點(diǎn)。該城市為美國(guó)第二大城市，面積約17100km2，地形和氣象條件復(fù)雜。b)布設(shè)流程。采用模式模擬計(jì)算常規(guī)方法布設(shè)點(diǎn)位。通過WRF-STILT模式模擬初步篩選站點(diǎn)位置確定站點(diǎn)數(shù)量。開展現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，通過檢查地圖和衛(wèi)星圖像評(píng)估地形和附近強(qiáng)溫室氣體排放源的潛在影響；查看是否有高塔，現(xiàn)有開放式通訊塔等優(yōu)先，高度在50-100m左右；在矮塔（約10m）上短期部署光腔衰蕩光譜法（CRDS）監(jiān)測(cè)設(shè)備開展監(jiān)測(cè)約1-2周。確定布點(diǎn)方案，12個(gè)城市點(diǎn)，4個(gè)背景點(diǎn)。圖3洛杉磯點(diǎn)位布設(shè)說明圖（參考文獻(xiàn)：VerhulstKRetal.,2017）C.3.2東北走廊城市群a)城市特點(diǎn)。包括華盛頓和巴爾的摩地區(qū)，面