客观日本

通过大气观测按来源推算城市地区二氧化碳排放

2020年05月22日 能源环境

日本的产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)、防卫大学校、国立环境研究所及气象厅气象研究所,开发出了一种测量二氧化碳排放的方法,通过在东海大学代代木校区的观测塔(图1)上高精度观测大气中的二氧化碳(CO2)和氧气(O2),可按照使用的化石燃料的种类评估代代木街区人类活动产生的二氧化碳排放量。

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图1:东海大学代代木校区内的观测塔(左)以及使用的部分观测装置(右)

该方法将产综研开发的以100万分之1的超高精度测量大气中氧气浓度的方法,以及主要用来评估森林二氧化碳吸收情况的垂直二氧化碳输送量测量法应用到了城市地区的观测中。氧气与二氧化碳的交换比(氧化率:OR)因消耗的化石燃料的种类而异,因此可以通过超高精度观测推导出城市中的二氧化碳排放OR,并按来源量化二氧化碳排放量。

将来向城市地区大规模导入零排放技术时,此次的方法有望成为根据实际环境测量来验证减排效果的技术。

产综研设计了一种通过同时观测垂直二氧化碳输送量和基于梯度法的OR,从而按照化石燃料种类评估城市地区二氧化碳排放的方法,把基于涡流相关法的二氧化碳输送量观测法,以及利用基于质量比混合法的高精度标准气体确认了精度的氧气浓度和二氧化碳浓度连续观测系统,应用到了东京都涩谷区代代木街区的城市大气观测中。

氧气浓度观测由产综研实施,二氧化碳输送量观测以防卫大学校为中心实施。另外,产综研和国立环境研究所还同时观测了二氧化碳浓度并比较验证了观测值。城市地区的二氧化碳排放源主要包括石油消耗(主要是汽车)、城市燃气消耗、煤炭消耗以及人类和植物的呼吸,但代代木街区几乎没有煤炭消耗,植被面积也非常小,所以主要的二氧化碳排放源为石油、城市燃气和人类的呼吸。因此,研究团队把观测获得的垂直二氧化碳输送量和垂直输送中的OR,与石油、城市燃气和人类呼吸的OR及根据人口统计数据评估的人类呼吸量相结合进行了解析,并分别评估了来自石油和城市燃气消耗的二氧化碳排放量(图2)。

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图2:东京都涩谷区代代木街区的不同来源二氧化碳排放量的24小时变化(年均)
同时展示了基于大气观测的评估结果和基于各种统计数据的数值。

将此次的评估结果与基于代代木近郊汽车交通量及家庭和餐饮店的城市燃气消耗统计数据的二氧化碳排放量进行比较发现,夜间的城市燃气消耗统计数据与实际(观测)的排放量相比被高估,这表明,基于统计数据评估的二氧化碳排放量高于该街区的实际二氧化碳排放量。另外,虽然误差比较大,但还可以看出,随着供应热水和做饭,清晨的城市燃气消耗会出现高峰,随着通勤时段的交通量增加,上午的石油消耗逐渐增加。如上所述,可以根据大气观测结果,以街区为单位单独评估来自汽车和城市燃气的二氧化碳排放量。

论文信息
题目:O2:CO2 exchange ratio for net turbulent flux observed in an urban area of Tokyo, Japan, and its application to an evaluation of anthropogenic CO2 emissions
期刊:《Atmospheric Chemistry and Physics》
DOI:10.5194/acp-20-5293-2020

日语发布原文

文:JST客观日本编辑部

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