DB32T 4929-2024 大氣二氧化碳和甲烷本底濃度篩分技術(shù)規(guī)范

ICS07.060CCSA47江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T4929—2024大氣二氧化碳和甲烷本底濃度篩分技術(shù)規(guī)范Technicalspecificationforpartitionofatmosphericcarbondioxideandmethanebackgroundconcentrations2024-12-16發(fā)布 2025-01-16實(shí)施江蘇省市場(chǎng)監(jiān)督管理局 發(fā) 布中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 出 版DB32/T4929—2024目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語(yǔ)和定義 1資料收集和處理 2本底篩分方法 5篩分方法選擇 7篩分流程 7附錄A資料）本底篩分流程 8附錄B資料）觀測(cè)站點(diǎn)信息 9參考文獻(xiàn) 10ⅠDB32/T4929—2024前 言本文件按照GB/T1.1—202標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)的規(guī)起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專(zhuān)利的責(zé)任。本文件由江蘇省氣象局提出。本文件由江蘇省氣象標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本文件起草單位：江蘇省氣候中心、江蘇省氣象探測(cè)中心。本文件主要起草人：陳燕、惠品宏、徐家平、徐萌、沈瑱、李崇志、韋芬芬、周晨、喬賀、徐進(jìn)。ⅢDB32/T4929—2024引 言實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，掌握溫室氣體本底濃度及其變化情況，有助于客觀、準(zhǔn)確地測(cè)算區(qū)域溫室氣體源匯總量及變化，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的重要基礎(chǔ)。為規(guī)范江蘇省區(qū)域大氣二氧化碳和甲烷本底濃度篩分，特制定本文件。ⅣDB32/T4929—2024大氣二氧化碳和甲烷本底濃度篩分技術(shù)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了大氣二氧化碳、甲烷的本底濃度篩分所需的資料、篩分方法、篩分方案選擇、篩分流程的要求。本文件適用于氣象、生態(tài)、環(huán)境等行業(yè)在受人為或自然源影響的區(qū)域開(kāi)展二氧化碳、甲烷的本底濃度篩分和數(shù)據(jù)處理，其他行業(yè)可參考本文件。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)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，注日期的引用文包括所有的修改單適用于本文件。GB/T3840 制定地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法GB/T35221 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 總則GB/T35227 地面氣象觀測(cè)規(guī)范 風(fēng)向和風(fēng)QX/T118 氣象觀測(cè)資料質(zhì)量控制 地面QX/T174 大氣成分站選址要求術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。溫室氣體 greenhousegas大氣中能夠吸收紅外輻射的氣體成分注：主要包括二氧化碳等。[QX/T125—20113.1]二氧化碳 carbondioxide分子式為CO2，在大氣中的滯留時(shí)間可達(dá)幾十年或上百年，是影響地球輻射平衡的主要溫室氣體。源主要是化石燃料和生物質(zhì)的燃燒、土地利用變化以及工業(yè)過(guò)程排放，匯主要是陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋的吸收。[QX/T125—20114.2]甲烷 methane分子式為CH4，在大氣中的滯留時(shí)間約為12年。源主要是農(nóng)業(yè)如牲畜和稻田1DB32/T4929—2024石燃料生產(chǎn)和使用/石油開(kāi)采主要是羥基自由基氧化反應(yīng)。[QX/T125—20114.3]濃度 concentration特定氣體摩爾數(shù)與同體積干空氣內(nèi)全部氣體分子摩爾數(shù)之比。本底濃度 backgroundconcentration遠(yuǎn)離局地排放源、濾除了局地自然環(huán)境和人為活動(dòng)直接影響、基本混合均勻的大氣組成成分濃度。局地濃度 localconcentration受局地排放源和吸收匯影響的非本底大氣組成成分濃度。梯度理查森數(shù) gradientRichardsonnumber用兩個(gè)高度上的平均風(fēng)速和平均溫度代替理查森數(shù)表達(dá)式中風(fēng)速垂直切變項(xiàng)和溫度垂直梯度，來(lái)確定大氣穩(wěn)定度。穩(wěn)健局部回歸 robustlocalregression在一定時(shí)間窗口內(nèi)對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行逐步逼近回歸擬合的統(tǒng)計(jì)學(xué)穩(wěn)健估計(jì)方法。資料收集和處理資料種類(lèi)溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)信息見(jiàn)附錄B表。溫室氣體觀測(cè)數(shù)據(jù)：溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)建站以來(lái)的CO2CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，CO2濃度單位為10-6mol/molCH4濃度單位為10-9mol/mol見(jiàn)資料收集溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)信息地面和遙感觀測(cè)，觀測(cè)站點(diǎn)選址符合QX/T174的規(guī)定。溫室氣體濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)：來(lái)自溫室氣體觀測(cè)部門(mén)，包括建站以來(lái)經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后的逐小時(shí)的CO2、CH4氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)：來(lái)自氣象部門(mén)，包括經(jīng)過(guò)質(zhì)量控制后的地面及大氣邊界層高度以內(nèi)的逐小時(shí)風(fēng)速、GB/T35221GB/T35227QX/T118的規(guī)定。2DB32/T4929—2024數(shù)據(jù)處理溫室氣體濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)完整率用于本底篩分的CO2和CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率為逐小時(shí)總數(shù)據(jù)及逐月數(shù)據(jù)完整率均需達(dá)到95 以上。計(jì)算數(shù)據(jù)完整率時(shí)不統(tǒng)計(jì)由于儀器故障停機(jī)系統(tǒng)維護(hù)等造成的缺測(cè)。逐月逐風(fēng)向溫室氣體平均濃度基于觀測(cè)時(shí)段內(nèi)CO2或CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)以及風(fēng)向數(shù)據(jù)，逐月逐風(fēng)向計(jì)算CO2或CH41：- ∑NCiCm,n=

i=N

…………（1）式中：

m,nCCm,n

—特定月份特定風(fēng)向CO2或CH4m表示1~12n表示1~16風(fēng)向；CiC

——特定月份特定風(fēng)向逐時(shí)CO2或CH4濃度；Nm,n——特定月份特定風(fēng)向參與統(tǒng)計(jì)的CO2或CH4觀測(cè)數(shù)。表1 風(fēng)向符號(hào)與度數(shù)對(duì)照表序號(hào)方位符號(hào)中心角度）角度范圍）1北N0348.76-11.252北東北NNE22.511.26-33.753東北NE4533.76-56.254東東北ENE67.556.26-78.755東E9078.76-101.256東東南ESE112.5101.26-123.757東南SE135123.76-146.258南東南SSE157.5146.26-168.759南S180168.76-191.2510南西南SSW202.5191.26-213.7511西南SW225213.76-236.2512西西南WSW247.5236.26-258.7513西W270258.76-281.2514西西北WNW292.5281.26-303.7515西北NW315303.76-326.2516北西北NNW337.5326.26-348.75注：風(fēng)速小于或等于0.2m/s按靜風(fēng)處理，不計(jì)入十六風(fēng)向。3DB32/T4929—2024逐月溫室氣體十六風(fēng)向平均濃度∑ 基于4.3.1.2計(jì)算的逐月逐風(fēng)向CO2或CH∑ C式中：C

m,1-16

16n=116

m,n

…………（2）CCm,1-

——特定月份CO2或CH4十六風(fēng)向平均濃度。逐月溫室氣體十六風(fēng)向濃度標(biāo)準(zhǔn)差∑16n=1∑16n=1(Cm,n m,1-1616-C)2式中：

σm,1-16=

…………（3）σm,1-16——特定月份CO2或CH4十六風(fēng)向濃度標(biāo)準(zhǔn)差。逐月溫室氣體平均濃度基于觀測(cè)時(shí)段內(nèi)CO2或CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，逐月計(jì)算CO2或CH4平均濃度，計(jì)算方法見(jiàn)式（4）：- ∑NCi式中：

Cm

i=1mNm

…………（4）Cm- ——特定月份參與統(tǒng)計(jì)的CO2CH4平均濃度；CmCmi ——特定月份參與統(tǒng)計(jì)的逐時(shí)CO2或CH4濃度；CmNm——特定月份參與統(tǒng)計(jì)的CO2或CH4觀測(cè)數(shù)。逐月溫室氣體濃度標(biāo)準(zhǔn)差∑Nii=1(∑Nii=1(Cm-Cm)2Nm式中：

σm=

…………（5）σm——特定月份參與統(tǒng)計(jì)的CO2或CH4濃度標(biāo)準(zhǔn)差。大氣穩(wěn)定度梯度理查森數(shù)利用地面和大氣邊界層以內(nèi)氣溫Ri2對(duì)大氣穩(wěn)定度進(jìn)行等級(jí)劃分ABCDE和F度理查森數(shù)計(jì)算方法見(jiàn)式Ri=g?Z1?Z2?

(

-

)?lnZ2Z1Z

…………（6）θa (V2-V)1214式中：g—重力加速度，取9.8m/s2；Z1Z2θ1θ2

DB32/T4929—2024Pθ=T?(P0)k（7）PV1m/；V2m/；θa θ T P ——?dú)鈮簡(jiǎn)挝粸榘貾0 ——標(biāo)準(zhǔn)氣壓取1000hPa；kd ——常數(shù)取0.286。表2 基于梯度理查森數(shù)的大氣穩(wěn)定度等級(jí)劃分穩(wěn)定度等級(jí)Ri范圍ARi<-3.433B-3.433≤Ri<-1.375C-1.375≤Ri<-0.233D-0.233≤Ri<0.145E0.145≤Ri<0.636FRi≥0.636帕斯奎爾?特納爾穩(wěn)定度按照GB/T3840等級(jí)與地面風(fēng)速確定大氣穩(wěn)定度等級(jí)別由ABCDE和F表示。本底篩分方法穩(wěn)健局部回歸篩分法基于穩(wěn)健局部回歸算法對(duì)CO2或CH4有效觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行本底篩分，定義觀測(cè)的濃度值為式設(shè)Cobs是連續(xù)的，可采用局部線性回歸模型對(duì)Cobs進(jìn)行估算，因此在任何給定時(shí)刻t0附近足夠小的鄰域內(nèi)，可以認(rèn)為Cobsti)為一條直線，在t0附近的數(shù)可以應(yīng)用最小二乘法求得?？紤]到大氣CO2和CH4濃度的季節(jié)變化將帶寬設(shè)置為601440，經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算使得擬合曲線收斂，計(jì)算得到尺度參數(shù)δ合值δ之間的觀測(cè)數(shù)據(jù)篩分為本底值，其余數(shù)據(jù)則為局地值。詳細(xì)的計(jì)算方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]。5DB32/T4929—2024式中：

Cobs(ti)=Cbg(ti)+C?(ti)+Ei （8）Cobs(ti)—CO2或CH4濃度觀測(cè)值；Cbg(ti)—CO2或CH4本底濃度值；C?(ti)—局地源和匯的貢獻(xiàn)量；Ei ——觀測(cè)誤差。綜合篩分法穩(wěn)健局部回歸篩分采用5.1穩(wěn)健局部回歸篩分法對(duì)CO2或CH4有效觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行本底篩分。大氣穩(wěn)定度判定梯度理查森數(shù)判定經(jīng)過(guò)穩(wěn)健局部回歸篩分后CO2或CH4濃度觀測(cè)值進(jìn)行大氣穩(wěn)定度判定CO2或CH4觀測(cè)同期氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)4.3.2.1計(jì)算梯度理查森數(shù)，并進(jìn)行大氣穩(wěn)定度分級(jí)，若穩(wěn)定度等級(jí)為DEF示高低層混合不充分，受局地排放源影響較大，則將相應(yīng)時(shí)刻的CO2或CH4觀測(cè)數(shù)據(jù)篩分為局地值。帕斯奎爾-特納爾穩(wěn)定度判定若氣象數(shù)據(jù)無(wú)法滿足梯度理查森數(shù)計(jì)算4.3.2.2計(jì)算帕斯奎爾-特納爾穩(wěn)定度并進(jìn)行分級(jí)穩(wěn)定度等級(jí)為DEFCO2或CH4觀測(cè)數(shù)據(jù)篩分為局地值。混合時(shí)段判定若氣象數(shù)據(jù)無(wú)法滿足帕斯奎爾-特納爾穩(wěn)定度以及梯度理查森數(shù)計(jì)算1800~次日800北京時(shí)間的CO2或CH4觀測(cè)數(shù)據(jù)篩分為局地值。風(fēng)向與濃度判定經(jīng)過(guò)穩(wěn)健局部回歸篩分及大氣穩(wěn)定度判定后，對(duì)剩余CO2或CH4濃度觀測(cè)值進(jìn)一步基于風(fēng)向與濃度進(jìn)行判定。結(jié)合CO2或CH4觀測(cè)同期逐時(shí)風(fēng)向數(shù)據(jù)，根據(jù)4.3.1.2計(jì)算CO2或CH4的逐月逐風(fēng)向平均濃度CC

4.3.1.3計(jì)算逐月十六風(fēng)向平均濃度C

m,1-

，根據(jù)4.3.1.4計(jì)算逐月十六風(fēng)向濃度標(biāo)準(zhǔn)差σm,1-

m月n|

-

m,1-

|>

m,1-

，則將該月該風(fēng)向的CO2或CH4觀測(cè)濃度值篩分為局地值。風(fēng)速判定經(jīng)過(guò)穩(wěn)健局部回歸篩分、大氣穩(wěn)定度判定及風(fēng)向與濃度判定后，對(duì)剩余CO2或CH4濃度觀測(cè)值進(jìn)一步基于風(fēng)速閾值進(jìn)行判定。結(jié)合CO2或CH4觀測(cè)同期逐時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)1.5m/一級(jí)風(fēng)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的CO2或CH4觀測(cè)濃度值篩分為局地值。異常值判定經(jīng)過(guò)穩(wěn)健局部回歸篩分、大氣穩(wěn)定度判定、風(fēng)向與濃度判定及風(fēng)速判定后，針對(duì)剩余CO2或CH4濃6DB32/T4929—2024m度觀測(cè)值，根據(jù)4.3.1.5逐月計(jì)算平均值C4.3.1.6逐月計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差σ|Ci-mm mCm-|>3σCO2或CH4濃度本底值。Cmm篩分方法選擇優(yōu)先采用綜合篩分法，若無(wú)氣象數(shù)據(jù)，則采用穩(wěn)健局部回歸篩分法。采用綜合篩分法時(shí)，基于所能收集到的氣象數(shù)據(jù)種類(lèi)選擇大氣穩(wěn)定度判定方法，具體如下：有CO2或CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)同期地面風(fēng)速和風(fēng)向資料，大氣穩(wěn)定度判定采用混合時(shí)段判定；有CO2或CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)同期地面風(fēng)速納爾穩(wěn)定度判定；有CO2或CH4濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)同期地面風(fēng)速篩分流程按照附錄A中圖A.1所示的流程進(jìn)行資料收集、數(shù)據(jù)處理、本底篩分、篩分選擇。7DB32/T4929—2024本底篩分流程見(jiàn)圖A.1。

附 錄 A（資料性）本底篩分流程圖A.1 本底篩分流程圖8DB32/T4929—2024附 錄 B（資料性）觀測(cè)站點(diǎn)信息溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)信息表見(jiàn)表B.1。氣象觀測(cè)站點(diǎn)信息表見(jiàn)表B.2。表B.1 溫室氣體觀測(cè)站點(diǎn)信息表站名地址經(jīng)度（°）緯度（°）海拔高度（m）填寫(xiě)日期觀測(cè)站下墊面類(lèi)型進(jìn)氣口高度（m）觀測(cè)場(chǎng)周?chē)h(huán)境觀測(cè)站點(diǎn)十六方位照片北北東北東北東東北東東東南東南南東南南南西南西南西西南西西西北西北北西北表B.2 氣象觀測(cè)站點(diǎn)信息表站名地址經(jīng)度（°）緯度（°）海拔高度（m）填寫(xiě)日期觀測(cè)站下墊面類(lèi)型風(fēng)觀測(cè)高度（m）觀測(cè)場(chǎng)周?chē)h(huán)境觀測(cè)站點(diǎn)十六方位照片北北東北東北東東北東東東南東南南東南南南西南西南西西南西西西北西北北西北9DB32/T4929—2024參考文獻(xiàn)［1］QX/T125—2011溫室氣體本底濃度觀測(cè)術(shù)語(yǔ)［2］20thWMO/IAEAMeetingonCarbonDioxide.OtherGreenhouseGasesandRelatedMeasure?mentTechniques（GGMT—2019）.IrwinJS.Estimatingplumedispersion?arecommendedgeneralizedscheme.FourthSymp.Tur?bulence.DiffusionAirPollut.RenoNevadaAmMetSoc1979.62?69.］O'DohertySSimmondsPCunnoldDetal.InsituchloroformmeasurementsatAdvancedGlob?alAtmosphericGasesExperimentatmosphericresearchstationsfrom1994to1998.JournalofGeophysi?calResearchAtmospheres200110D120429?20444.］PuJJXuHHHeJetal.EstimationofregionalbackgroundconcentrationofCO2atLin'anSta?tioninYangtzeRiverDeltaChina.AtmosphericEnvironment201494402?408.］RuckstuhlAFJacobsonMPFieldRWetal.Baselinesubtractionusingrobustlocalregressionestimation.JournalofQuantitativeSpectroscopy&RadiativeTransfer200168179?193.］RuckstuhlAFHenneSReimannSetal.Robustextractionofbaselinesignalofatmospherictracespeciesusinglocalregression.AtmosphericMeasurement