温室气体是如何监测的

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　　温室气体问题自上世纪20年代开始引起关注以来，其监测计量方法也随之广泛地发展起来。“没有准确的测量就没有好的管理”，这句在企业管理中普适的名言在环境保护领域同样适用。对CO2、CH4、N20等问题时期含量的准确测量，不仅有赖于人们对上述气体自身物理、化学特征的基本认识，也同上述温室气体在近地层大气、水体、土壤以及生物一非生物相中传输机制、迁移转化规律密切相关。
　　目前，对CO2、CH4、N20等常见温室气体的监测方法主要大类包括：模型估算法、通量箱法、微气象法、遥感反演法等，并延伸发展了10余种界面温室气体监测方法得到广泛运用(表1)。
　　模型估算法原理是根据不同相间(水一气)气体成分的浓度梯度并运用Fick定律来估算通量，它一般只适用于水一气界面的通量估算，其较为简便，且多在现场对样品进行直接分析处理，减少了环境改变对气体分析的影响。但由于其核心是借助于Fick定律进行水一气界面通量估算，不仅需要准确测量水体中痕量气体的分压(浓度)，而且界面气体传质系数及其影响因素(风浪、行船搅动等)亦对温室气体通量估测产生重要影响。同时，由于其容易受到水体中其他离子的影响，在高盐高硬度水体中存在较大差别。因此，人们开始引入水一气平衡器，力图通过充分实现水一气界面的气体溶解平衡以测量原水样中溶解的痕量气体，据此研发了喷淋式、层流式、鼓泡式等多种水气平衡装置。虽然该方法大大提高了测量的准确度，但其携带不便且操作繁杂，影响了其应用的范围。近年来，加拿大研发了干／湿盒体(Dry B0x/Wet Box)气体交换平衡装置，集成了水气平衡方法的各种测试装置，使便携化。2008年有研究将水处理工艺中的脱气膜引入顶空平衡法中，气体脱除率达到99％以上，是目前水库温室气体通量观测的前沿技术。
　　通量箱法花费低、操作方便、灵敏度高，是温室气体监测的常用方法。但通量箱体对观测对象有扰动，箱内外存在一定压力差、温度差等，改变了被测表面空气的自然湍流状况，可能对水、土界面与大气间微量气体交换产生影响，使测试与实际情况存在一定偏离情况。从静态箱到动态箱的发展在一定程度上克服了上述问题，但动态箱本身亦具有一定缺陷：一方面，动态箱箱体平衡流量将干扰界面气体传输，另一方面，在气体排放通量较低的情况下，箱体的出口和入口处的被测气体浓度差别很小，因而要求有很高的测量精度，否则会导致较大的测量误差。近年来，人们开始将动态箱与静态箱相互结合，在箱内置一非色散红外分析仪使气体在仪器与箱之间循环流动，达到监测与气体流动的双重目的，具有测定时间短、观测对象的干扰小、气体混合均匀、精确度高特点。
　　
　　和通量箱法相比，微气象学法是一种开放式的测量方法，多用于陆生生境温室气体的测量研究，其主要特，点为：1、所测气体通量值是较大空间范围内(一般为100～1000m)的平均值，减少了密闭系统采样带来的误差；2、测量装置一般位于被测区域的下风方向处，实验装置及观测活动基本不会干扰被测区域的自然环境状况；3、观测持续时间较长，能得到被测区域微气象要素的时间变化，获得被测气体交换特征。但由于空气运动是多维的，观测的垂直涡度通量可能偏离真正的净交换，要求下垫面相对均匀。目前该方法着重针对非理想下垫面(真实下垫面)CO2通量和水热通量的计算开展研究，而地形起伏引起的平流和夜间CO2通量计算等问题还有待于进一步研究，这将是今后的工作重点。
　　目前国际上关于水库温室气体效应研究已广泛展开，在温带、热带水库温室气体已有成熟经验，形成了相对完善的监测体系。虽然国际水电协会曾总结并选定了水库温室气体效应的主要环境监测参量，且在监测技术运用上各地区水库的已有研究多采用模型估算法和通量箱法，但不同区域物理环境的差异使得碳素生物地球化学循环模式与调控机制各不相同，其主导温室气体产汇的关键过程差异明显，适配于特定区域环境背景的温室气体监测方法体系仍值得探索，这不仅在很大程度上决定了该区域温室气体监测数据的科学性与合理性，更直接影响了对水库温室气体效应的客观评估。

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