近日,南京大学国际地球系统科学研究所张永光课题组和地理与海洋科学学院刘永学课题组合作在高耗能工业碳排放源遥感监测方面取得重要进展。研究成果以《Distinguishing
anthropogenic CO2emissions from different energy intensive industrial
sources using OCO-2 observations: a case study in northern
China》为题发表在期刊《Journal of Geophysical Research:
Atmospheres》上。论文第一作者为2017级博士研究生王松寒,张永光教授和刘永学教授为论文的通讯作者,论文也得到了居为民教授的指导。

生物质燃烧是大气汞的重要来源之一,其排汞量约占全球排放总量的10%。该过程排放的汞具有如下特点:骤发性,即在短时间内排放大量的汞;可携带大量的颗粒态汞,这些颗粒态可促使排放源周边区域汞的沉降量迅速增加,进而加速水体环境的汞甲基化过程,造成潜在生态风险。春季的中南半岛是亚洲森林生物质燃烧最频发的区域,其生物质燃烧过程排放的CO可高达20,000吨。我国西南地区与中南半岛接壤,因此,该区域生物质燃烧过程排放的大量汞无疑是我国西南地区大气汞的重要来源之一。

工业和化石燃料燃烧作为温室气体的最重要人为排放源之一,贡献了超过80%的全球CO2排放量。随着全球经济的发展,能源密集型工业源的碳排放量逐年递增。2000年以来,我国能源密集型产业突飞猛进(目前我国钢铁产业的世界占比已超过50%),其碳排放量以每年约9%的速度快速增长。因此,在大范围内进行工业碳排放源的识别和监测对准确估算碳排放量、制定碳减排政策至关重要。目前在工业碳排放源的监测中,通常采用基于排放清单的统计手段,由于空间分辨率及时间分辨率均有限,很难及时、准确监测工业碳排放源排放情况。

根据在云南普洱县境内的哀牢山长达2年的大气汞、CO及气象监测资料,中国科学院地球化学研究所研究员冯新斌课题组利用Hg/CO的相关斜率、后向轨迹模型及二元混合模型对中南半岛生物质燃烧过程排放的汞进行了详细的研究。研究表明,气团经过生物质燃烧区到达哀牢山监测站,其大气中的Hg/CO斜率与工业源排放及背景大气的斜率显著不同,与国际上其他地区已确认的森林火灾产生的Hg/CO斜率一致。在春季的哀牢山,25%的气团Hg/CO比值是由中南半岛生物质燃烧排放汞的跨境传输引起。中南半岛生物质燃烧年均排放的汞为11.4±2.1吨,其中2.2±0.4
吨汞沉降到排放源周边区域。而根据2010的全球人为源汞的排放清单报道,中南半岛人为源排放~25
吨汞,这表明生物质燃烧是该区域重要的大气排汞源。对比结果表明,中南半岛生物质燃烧排放的汞是造成当地及我国西南背景地区大气汞浓度升高的重要原因之一。

针对这一问题,张永光教授团队利用碳卫星2号获取的大气CO2柱浓度数据进行了工业碳排放源遥感监测。相比传统排放清单,OCO-2能以每16天的频率获取公里级大气CO2浓度数据。该研究在刘永学教授基于时间序列夜火数据建立的全球不同类型工业热源数据库(包括钢铁、煤化工、水泥和油气等)的基础上,探索对中国华北平原地区的不同种类工业碳排放源进行大范围遥感识别和监测。结果表明,OCO-2卫星XCO2数据可快速识别出工业源集聚的高排放地区,能在空间和时间维度上监测出不同工业产业的碳排放差异,并最终能够在单点尺度上实现对工厂排放源的识别和分级。

该研究受国家“973”计划项目(2013CB430004)的资助,相关成果(Transboundary
transport and deposition of Hg emission from springtime biomass burning
in the Indo-China
Peninsula
,doi:10.1002/2015JD023525)在国际地学大气科学期刊Journal of
Geophysical
Research-atmosphere
www.204.net,上发表。该研究得到了中科院西双版纳热带植物园哀牢山国家野外观测台站的支持。

www.204.net 1

www.204.net 2

图1.
不同人为源集聚区的碳排放差异。第一列为XCO2异常值,第二列为排放量;从左至右依次为煤炭产业、大城市和钢铁产业集聚区

哀牢山监测的Hg/CO 比值

www.204.net 3

图2. 华北地区工厂排放源的识别与分级结果

该研究展示了高分辨率遥感CO2数据在大范围工业碳排放源监测方面的潜力和优势,为建立准实时工业碳源监测系统提供了新思路。

该研究得到了国家重点研发计划、青年千人计划、江苏省杰出青年基金和国家自然科学基金等项目支持,并得到了国内外合作实验室的大力协助与支持。

原文链接:

Wang, S., Zhang, Y., Hakkarainen, J., Ju, W., Liu, Y., Jiang, F., & He,
W. . Distinguishing anthropogenic CO2emissions from different energy
intensive industrial sources using OCO‐2 observations: a case study in
northern China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,
123..

Liu, Y., Hu, C., Zhan, W., Sun, C., Brock, M., and Ma, L. . Identifying
industrial heat sources using time-series of the VIIRS Nightfire product
with an object-oriented approach. Remote sensing of Environment. 204,
347–365..

(国际地球系统科学研究所 科学技术处)

相关文章