城市大氣溫室氣體監(jiān)測點位布設(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)測點位布設(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)測點位的規(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)測點位布設(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能與大氣進行輻射、熱量、動量、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urbanassessingstations以監(jiān)測城市內(nèi)大氣溫室氣體濃度水平和變化趨勢為目的，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)測點位。3.42背景點backgroundstations以監(jiān)測城市本底大氣溫室氣體濃度水平和變化趨勢為目的，反映城市本底溫室氣體源匯收支整體狀況，在城市周邊遠離溫室氣體排放源的地區(qū)設(shè)置的監(jiān)測站點。4布點原則4.1代表性點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空變化規(guī)律，滿足評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)測點設(shè)置條件盡可能一致，包括布設(shè)原則、監(jiān)測方法、質(zhì)量控制與質(zhì)量保證等，使各個點位獲取的數(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)布局等社會經(jīng)濟特點，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)劃考慮點位布設(shè)，能兼顧未來城鄉(xiāng)空間格局變化趨勢。4.5穩(wěn)定性監(jiān)測點位置確定后，原則上不應(yīng)變更，以保證監(jiān)測資料的連續(xù)性和可比性。5布設(shè)流程及要求5.1城市點5.1.1綜合考慮城市環(huán)境條件、經(jīng)濟社會特點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)點位。5.1.2城市點用于監(jiān)測本地CO2等溫室氣體排放影響，可基于移動監(jiān)測、無人機遙感監(jiān)測、衛(wèi)星遙感觀測和模型分析獲得城市CO2等溫室氣體濃度空間分布，視當?shù)貙嶋H情況在城市主導(dǎo)風向的上風側(cè)和下風側(cè)布設(shè)至少2個點位。點位應(yīng)代表城市溫室氣體排放的平均濃度水平，并在當?shù)鼐哂幸欢ㄏ鄬Ω叨?，盡可能反映當?shù)販厥覛怏w整體的空間分布。5.1.3城市點應(yīng)選在周圍50m范圍內(nèi)相對開闊、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)測資料、溫室氣體地面監(jiān)測數(shù)據(jù)和遙感監(jiān)測數(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、水塔等塔基平臺基礎(chǔ)信息，綜合考慮城市主導(dǎo)風向、地形地貌、土地利用類型、溫室氣體空間分布特征、塔基平臺等因素，進行圖上選址，按1：3的比例初步篩選備選點位。5.1.5宜采用統(tǒng)計分析和模式模擬方法，從初步篩選的備選點位中篩選出對城市主要溫室氣體排放源敏感的點位，優(yōu)化點位布設(shè)。統(tǒng)計分析和模式模擬推薦方法見附錄A。5.1.6應(yīng)實地勘查每一個篩選出的點位，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3監(jiān)測或模擬實驗，評估所選點位的有效性，確定候選點位。監(jiān)測點周圍環(huán)境和采樣口設(shè)置的具體要求見附錄B。5.2背景點5.2.1應(yīng)選在城市主導(dǎo)風向上游具有較大區(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背景點及周邊20km范圍內(nèi),土地利用方式等應(yīng)長期保持穩(wěn)定。5.2.3背景點布設(shè)應(yīng)在城市點布設(shè)基礎(chǔ)上進行，相鄰城市可共同設(shè)置1個背景點。5.2.4實地勘察擬選背景點時應(yīng)注意點位附近植被影響。監(jiān)測點周圍環(huán)境和采樣口設(shè)置的具體要求見附錄B。6點位布設(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)測目標、經(jīng)費情況、技術(shù)力量等因素合理確定點位布設(shè)數(shù)量。6.2經(jīng)驗性建議6.2.1最小監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)最小監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)至少需要2個點位。在主導(dǎo)風的上下風向各設(shè)置1個邊界點。適用于前期試驗性監(jiān)測。6.2.2中型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)需要4~6個點位。在主導(dǎo)風的上下風向各設(shè)置1~2個邊界點，在城市內(nèi)設(shè)置2~4個點位。適用于中小型城市，或主導(dǎo)風向明確、地勢平坦、以服務(wù)業(yè)為主的大城市。6.2.3大型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)點位類型涵蓋城市點、背景點，一般需要開展系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。適用于大型城市。7國外參考經(jīng)驗見附錄C。A.1統(tǒng)計分析方法統(tǒng)計分析可采用K-Means、DBSCAN、層次聚類法等聚類統(tǒng)計方法，對站點的足跡做聚類分析，基于聚類結(jié)果篩選點位。適合備選站點數(shù)量較多時選擇。A.2模型模擬方法A.2.1模式模擬計算可綜合采用氣象模式與粒子擴散模式，開展觀測對碳源匯變化的敏感性分析，然后根據(jù)敏感程度評價優(yōu)選點位，優(yōu)選敏感度高的點位。A.2.2氣象模式是高時空分辨的城市氣象場計算手段，可選用WRF（WeatherResearchForecast）、MM5（Fifth-GenerationPennState/NCARMesoscaleModel）、RAMS（RegionalAtmosphericModelingSystem）、ARPS（TheAdvancedRegionalPredictionSystem）、AREM（theAdvancedRegionalEta-coordinateMode）等模式。A.2.3粒子擴散模式是點位的足跡權(quán)重（影響函數(shù)）計算手段，可選用STILT（StochasticTime-InvertedLagrangianTransportmodel)、FLEXPART（FLEXiblePARTicledispersionmodel）t、HYSPLIT（heHybridSingle-ParticleLagrangianIntegratedTrajectorymodel）等模式。A.2.4模式模擬計算至少選擇夏季和冬季2個典型季節(jié)開展，每個季節(jié)模擬時間不少于1個月。B.1監(jiān)測點周圍環(huán)境B.1.1城市點監(jiān)測點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)測點附近50m內(nèi)的土地使用狀況相對穩(wěn)定。監(jiān)測點附近無強大的電磁干擾，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背景點監(jiān)測點與城市主要溫室氣體排放源保持至少10km，監(jiān)測點附近1km內(nèi)的土地使用狀況相對穩(wěn)定。監(jiān)測點周圍環(huán)境狀況相對穩(wěn)定，所在地質(zhì)條件需長期穩(wěn)定和足夠堅實，所在地點應(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)測點附近有穩(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中對氣態(tài)污染物觀測的限值規(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，須權(quán)衡建筑煙囪效應(yīng)及屋頂渦流，厘清建筑屋面排風道、煙道等影響，且不得設(shè)置在煙道附近或其下風向。C.1概述城市溫室氣體大氣濃度監(jiān)測是一個相對較新的研究領(lǐng)域，在歐美國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。本附錄分別對中型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和大型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的典型案例進行簡要介紹。C.2中型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)C.2.1印第安納波利斯城市特點。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受影響小，地勢平坦、氣象條件簡單。布設(shè)流程。采用經(jīng)驗判斷常規(guī)方法布設(shè)點位。2010年左右，在主導(dǎo)風向的上、下風向各布設(shè)了一個點。2011-2012年，環(huán)繞城市外圍布設(shè)7個點，靠近城市中心布設(shè)4個點。2012年，下風向更遠處增加1個點。圖1印第安納波利斯點位布設(shè)說明圖（參考文獻：Milesetal.,2017）C.2.2巴黎城市特點。法國巴黎作為典型生活型大城市，城市布局非常密集，排放強烈，地勢平坦，大氣傳輸模式建模更容易。布設(shè)流程。采用經(jīng)驗判斷常規(guī)方法布設(shè)點位。圍繞主要建成區(qū)（大巴黎地區(qū)）建設(shè)7個高精度碳監(jiān)測站點。這些點位位于主導(dǎo)風向軸上，其中兩個站點位于人為排放較高的巴黎中心密集建成區(qū)，另外5個點則位于城區(qū)與鄉(xiāng)村交界處，同時還有一個城市大氣邊界層監(jiān)測站為傳輸模式優(yōu)化和數(shù)據(jù)濾波提圖2巴黎點位布設(shè)說明圖（參考文獻：Lianetal.,2023）C.3大型監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)C.3.1洛杉磯a)城市特點。該城市為美國第二大城市，面積約17100km2，地形和氣象條件復(fù)雜。b)布設(shè)流程。采用模式模擬計算常規(guī)方法布設(shè)點位。通過WRF-STILT模式模擬初步篩選站點位置確定站點數(shù)量。開展現(xiàn)場評估，通過檢查地圖和衛(wèi)星圖像評估地形和附近強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)測設(shè)備開展監(jiān)測約1-2周。確定布點方案，12個城市點，4個背景點。圖3洛杉磯點位布設(shè)說明圖（參考文獻：VerhulstKRetal.,2017）C.3.2東北走廊城市群a)城市特點。包括華盛頓和巴爾的摩地區(qū)，面