基于地基觀測(cè)的城市社區(qū)碳排放監(jiān)測(cè)研究

朱勇，儲(chǔ)美華

（1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇揚(yáng)州 321009； 2.上海盛圖遙感工程技術(shù)有限公司，上海 201803）

基于地基觀測(cè)的城市社區(qū)碳排放監(jiān)測(cè)研究

朱勇1*，儲(chǔ)美華2

（1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)，江蘇揚(yáng)州 321009； 2.上海盛圖遙感工程技術(shù)有限公司，上海 201803）

針對(duì)城市居民生活社區(qū)二氧化碳來(lái)源的分析，建立基于地基的碳排量監(jiān)測(cè)站，將監(jiān)測(cè)二氧化碳濃度數(shù)據(jù)和相應(yīng)的氣象條件緊密聯(lián)系在一起，并通過對(duì)碳源的合理性分析，運(yùn)用科學(xué)合理的解釋，得出城市社區(qū)二氧化碳排放規(guī)律，

初步掌握基于地基的城市社區(qū)二氧化碳監(jiān)測(cè)方法以及所研究區(qū)域的地理位置和大氣環(huán)境與二氧化碳排量的關(guān)系，為城市碳排量監(jiān)測(cè)以及低碳城市建設(shè)提供參考依據(jù)。

二氧化碳；城市社區(qū)；監(jiān)測(cè)；低碳

1　引 言

作為溫室氣體重要組成之一的二氧化碳其排放量在過去幾十年里大幅增長(zhǎng)，如果不采取預(yù)防措施，至本世紀(jì)末地球溫度將比工業(yè)化前升高4℃，因此減少二氧化碳排放量，控制氣候變化迫在眉睫。我國(guó)目前的二氧化碳年排放量約為80億噸，占全球25%，是世界最大的碳排放國(guó)。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，今后仍將持續(xù)增加，能否抑制增量以及以多大的排放量達(dá)到頂峰，將影響今后全世界的減排努力。2014年12月，我國(guó)政府在秘魯首都利馬舉行的《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第20次締約方會(huì)議時(shí)表示:2016年～2020年我國(guó)將把每年的二氧化碳排放量控制在100億噸以下。為達(dá)到這一目標(biāo)，低碳城市建設(shè)已成為我國(guó)在全球氣候變化背景下的重要發(fā)展戰(zhàn)略，城市碳排量監(jiān)測(cè)和碳排量目標(biāo)制定必要的前期工作。作為城市熱島效應(yīng)重要區(qū)域的城市社區(qū)，在低碳城市建設(shè)過程中有著舉足輕重的作用，因此對(duì)于如何較全面的監(jiān)測(cè)社區(qū)碳排放量，是近年來(lái)城市低碳相關(guān)研究學(xué)者關(guān)心的問題之一。

本文以蘇州市居住社區(qū)——星韻花園碳排放監(jiān)測(cè)為例，探討了居住社區(qū)碳排量的監(jiān)測(cè)方法，希望能夠?yàn)槲覈?guó)低碳城市建設(shè)推進(jìn)提供借鑒。

2　碳排放監(jiān)測(cè)

2.1監(jiān)測(cè)區(qū)域概況

蘇州市星韻花園位于蘇州新區(qū)橫山路30號(hào)，濱河路與橫山路交界處，作為蘇州新區(qū)首個(gè)拆遷安置樣板房于2012年建成。小區(qū)內(nèi)部共有5幢居民樓，總的建筑面積約為8 000 m2，小區(qū)周邊配套設(shè)施齊全，設(shè)置有文體活動(dòng)中心、衛(wèi)生所、藥店、銀行、郵政、超市、餐飲等服務(wù)功能。小區(qū)東北面為蘇州紫興紙業(yè)有限公司（濱河路與竹園路交叉口東北），該公司內(nèi)部自備有發(fā)電廠且日常生產(chǎn)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖1所示。

圖1　蘇州市星韻花園位置

2.2監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方案

為了監(jiān)測(cè)小區(qū)及周邊不同碳源排放情況及排放特征，首先對(duì)小區(qū)碳源進(jìn)行分析:

（1）該小區(qū)位于橫山路以北，其主出入口毗鄰橫山路，由于橫山路經(jīng)常有車輛來(lái)往，同時(shí)小區(qū)內(nèi)車輛出入多從該出入口經(jīng)過，因此在出入口處由于車輛尾氣排放所造成的碳排放量為該區(qū)域的主要碳源。

（2）小區(qū)內(nèi)有居民戶外活動(dòng)廣場(chǎng)，由于該小區(qū)為拆遷安置小區(qū)，活動(dòng)廣場(chǎng)除了平時(shí)用于居民戶外活動(dòng)外，還可能在某一時(shí)間段內(nèi)用于小區(qū)居民紅白宴席，人為活動(dòng)頻繁，因此該區(qū)域由人為活動(dòng)所造成的碳排放為主要碳源。

（3）小區(qū)東北面的蘇州紫興紙業(yè)有限公司，其內(nèi)部自備發(fā)電廠的大煙囪幾乎24 h冒煙，排放的工業(yè)廢氣會(huì)隨著風(fēng)向擴(kuò)散至該小區(qū)上空，從而成為這一區(qū)域內(nèi)主要的工業(yè)碳源。

鑒于以上分析，我們對(duì)該小區(qū)設(shè)置了3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，獲取的直接觀測(cè)值均為實(shí)時(shí)二氧化碳濃度，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳排量進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

①1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于小區(qū)主入口處，主要監(jiān)測(cè)碳源是城市交通。

②2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于小區(qū)中心的活動(dòng)廣場(chǎng)處，主要監(jiān)測(cè)碳源是小區(qū)內(nèi)的人為活動(dòng)。

③3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于小區(qū)4號(hào)樓的樓頂，主要監(jiān)測(cè)碳源是發(fā)電廠排放的工業(yè)廢氣以及周圍環(huán)境的影響。

小區(qū)及其內(nèi)部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布情況如圖2所示。

圖2　星韻小區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.3監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為了盡可能降低外部環(huán)境條件對(duì)地基觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾，因此選擇同風(fēng)向、同大氣穩(wěn)定度等級(jí)條件下的地基數(shù)據(jù)進(jìn)行該區(qū)域內(nèi)二氧化碳排放規(guī)律的研究。本文研究所用的地基觀測(cè)數(shù)據(jù)的日期以及相對(duì)應(yīng)的氣象信息如表1所示:

研究所使用的數(shù)據(jù)日期以及相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)信息　表1

2.3.11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在小區(qū)出入口，緊鄰橫山路，該處主要監(jiān)測(cè)出入小區(qū)及過往車輛尾氣排放出的二氧化碳。為證實(shí)分析結(jié)果的正確性，本次研究選取了表1中的日期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析對(duì)比，并做出這些天內(nèi)二氧化碳濃度值隨時(shí)間序列變化的走勢(shì)圖，結(jié)果如圖3所示:

圖3　1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)二氧化碳濃度變化曲線

從圖3可以看出，1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天二氧化碳濃度大致變化趨勢(shì)是:

①每天6:10～8:10達(dá)到最大，隨后開始減弱，至下午14:00左右達(dá)到最小，接著又開始回升，18:00左右數(shù)值又開始較大。

②4月4日在18:00后二氧化碳濃度開始減弱，而在其他日期里18:00后濃度并未減弱反而持續(xù)增大。

分析其原因:

①1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在小區(qū)出入口處并靠近橫山路，每天6:00起車流量開始增大，到8:00左右為上班的高峰，并且在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)出去小區(qū)的人數(shù)逐漸增多，此時(shí)車輛排放的二氧化碳濃度較大；到了中午時(shí)分街上車流量較少，且小區(qū)出入人數(shù)較少，此時(shí)監(jiān)測(cè)到的二氧化碳濃度降低；到了下午5:00以后下班回家的人數(shù)逐漸增多，車流量開始增大，至18:00左右達(dá)到高峰，此時(shí)監(jiān)測(cè)到的二氧化碳濃度逐漸增高。

②2012年4月4日為星期三且蘇州此時(shí)天氣尚未完全回暖，18:00后下班回家后晚間出來(lái)的人數(shù)并不很多，因此二氧化碳濃度在晚間開始減弱；5月5日和5月6日為星期六和星期天，且此時(shí)蘇州的氣候溫暖很適合晚間出來(lái)游玩，因此監(jiān)測(cè)到二氧化碳濃度在晚上也高居不下；隨著時(shí)間推移，6月8日、7月2日和7月4日由于氣候原因，晚上出來(lái)的人數(shù)逐漸增多，導(dǎo)致檢測(cè)到二氧化碳濃度在夜間也較高。

2.3.22號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在小區(qū)中心活動(dòng)廣場(chǎng)處，主要監(jiān)測(cè)由人為活動(dòng)所引起的碳排量，同樣選取表1中的日期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，做出這些日期內(nèi)二氧化碳濃度值隨時(shí)間序列變化的走勢(shì)圖如圖4所示:

圖4　2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)二氧化碳濃度變化曲線

從圖4可以看出，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天二氧化碳濃度大致變化趨勢(shì)是:

①每天上午9:00左右碳排量達(dá)到最大，隨后開始減弱，至下午15:00左右達(dá)到最小，接著又開始回升。

②4月4日在19:00左右二氧化碳濃度開始減弱，而在其他日期里19:00后濃度并未減弱反而持續(xù)增大。

分析其原因:

①每天上午9:00左右是人為活動(dòng)比較頻繁的時(shí)間段，此時(shí)二氧化碳排量相對(duì)較多；隨著時(shí)間推移，戶外活動(dòng)的人數(shù)逐漸減少，尤其進(jìn)入夏季9:00以后氣溫逐漸升高，至下午15:00左右氣溫達(dá)到一天中的最高值，人為活動(dòng)所引起的二氧化碳排量減少明顯。

②4月4日19:00以后，由于這個(gè)時(shí)候蘇州天色已經(jīng)變黑，且室外氣溫不是很暖和，戶外活動(dòng)的人數(shù)此時(shí)較少，此時(shí)二氧化碳排量呈下降趨勢(shì)；隨著時(shí)間推移，進(jìn)入五月份以后白天變長(zhǎng)，且氣溫逐漸升高，晚間出來(lái)活動(dòng)的人數(shù)逐漸增多，表現(xiàn)的結(jié)果就是二氧化碳排量明顯增多。

③對(duì)于2號(hào)監(jiān)測(cè)區(qū)域，社區(qū)內(nèi)的人為活動(dòng)為其最主要的碳源，但是在某些時(shí)間段內(nèi)，由于廣場(chǎng)人群密集度的下降或是受到風(fēng)向等氣象要素的影響，人為活動(dòng)對(duì)于2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響會(huì)大幅度削弱，此時(shí)由于點(diǎn)位周圍大量綠色植被的存在，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)將受植被光合作用和呼吸作用的共同影響。植被在經(jīng)歷一整晚的呼吸作用后，釋放出大量的CO2，并在日出后太陽(yáng)光線的光強(qiáng)達(dá)到光補(bǔ)償點(diǎn)的這一刻，點(diǎn)位附近的CO2濃度達(dá)到最大值。之后，隨著太陽(yáng)光線光強(qiáng)的進(jìn)一步增強(qiáng)，植被的光合速率將超過呼吸速率，即植被光合作用的CO2吸收量將超過其呼吸作用的CO2釋放量，二氧化碳濃度走勢(shì)開始下落。

2.3.33號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析

3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于小區(qū)4號(hào)樓的樓頂，距離地面高度為100 m左右，所監(jiān)測(cè)范圍是典型的城市低空區(qū)域。城市低空環(huán)境雖然不如地面環(huán)境復(fù)雜，但是受城市地面碳源的影響以及對(duì)風(fēng)向變化的敏感，再加之可能存在的城市低空碳源的影響，其二氧化碳濃度變化規(guī)律亦是復(fù)雜多變。

本小區(qū)周圍有4條主要道路，分別為東面的濱河路、西面的黃浦街、南面的橫山路以及北面的竹園路，路面上通過的車輛構(gòu)成了城市交通碳源，是典型的城市地面碳源。另外，小區(qū)東北面的蘇州紫興紙業(yè)有限公司，其內(nèi)部造紙廠的大煙囪是這一區(qū)域內(nèi)存在的城市低空工業(yè)碳源。因此3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)碳源是小區(qū)周邊道路所構(gòu)成的城市交通碳源以及發(fā)電廠排放的工業(yè)廢氣所構(gòu)成的城市低空碳源，經(jīng)過定期（所選的時(shí)間段內(nèi)，陰天大氣相對(duì)于晴天穩(wěn)定度好，夜間相對(duì)白天穩(wěn)定度好）觀測(cè)選取一定時(shí)間段內(nèi)的碳排量分析，繪制二氧化碳排量變化趨勢(shì)如圖5所示:

3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于小區(qū)四號(hào)樓樓頂，主要監(jiān)測(cè)東北邊造紙廠內(nèi)發(fā)電廠煙囪排放的二氧化碳，同時(shí)小區(qū)東邊的濱河路和西邊的黃埔街路面車輛尾氣排放以及濱河路正在進(jìn)行的城市軌道交通三號(hào)線的建設(shè)施工也構(gòu)成了該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的碳源。從圖5可以看出:

圖5　3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)二氧化碳濃度變化曲線

①每天11:00～16:00二氧化碳排量相對(duì)減弱，主要是這個(gè)時(shí)間段避開上下班高峰，路上車流量較少。

②夜間由于太陽(yáng)輻射較弱，大氣比較穩(wěn)定，此時(shí)湍流在低空區(qū)域內(nèi)的作用并不顯著，因此夜間低空區(qū)域內(nèi)的二氧化碳濃度主要還是取決于地面碳源的強(qiáng)度。同時(shí)，由于此時(shí)的大氣環(huán)境不利于擴(kuò)散，發(fā)電廠煙囪24小時(shí)冒煙，因此二氧化碳會(huì)在低空積累，反映在走勢(shì)圖中則是夜間的二氧化碳濃度走勢(shì)線的走勢(shì)大體上是呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。

③白天由于大氣穩(wěn)定度的不同，晴天和陰天的二氧化碳濃度走勢(shì)線的走勢(shì)存在較大的差異。晴天當(dāng)太陽(yáng)輻射增強(qiáng)后，大氣環(huán)境逐漸變得活躍，大氣湍流作用增強(qiáng)，此時(shí)低空環(huán)境中二氧化碳的濃度將在大氣湍流的擴(kuò)散作用下急劇下降，而陰天，由于白天總的穩(wěn)定度等級(jí)與夜間相同，大氣比較穩(wěn)定，湍流作用并不顯著，因此低空環(huán)境中的二氧化碳會(huì)緩慢積累，其濃度也一直呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但是由于一天中太陽(yáng)輻射的變化，當(dāng)太陽(yáng)輻射達(dá)到一天中的最大強(qiáng)度時(shí)，此時(shí)大氣會(huì)變得相對(duì)比較活躍，因此在大氣湍流作用下，二氧化碳經(jīng)擴(kuò)散后濃度在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)呈下降趨勢(shì)。

綜上所述，低空環(huán)境中二氧化碳濃度的變化規(guī)律除了與地面碳源相關(guān)外，受到大氣穩(wěn)定度等級(jí)的影響卻是最關(guān)鍵的。

3　結(jié) 論

本文通過對(duì)蘇州市星韻花園居民小區(qū)二氧化碳排量監(jiān)測(cè)以及濃度變化的初步研究可得到以下結(jié)論:

（1）交通主干道的二氧化碳主要來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放。1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分析得到明顯說明。

（2）人為活動(dòng)對(duì)碳排放影響大。從2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析可議看到這一點(diǎn)，同時(shí)做區(qū)域性綠化可以有效改善碳排放量。

（3）工業(yè)碳源影響范圍較大。通過3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化分析可明顯看出城市社區(qū)除交通碳源影響外，工業(yè)二氧化碳排放經(jīng)遠(yuǎn)距離及大氣擴(kuò)散后依舊影響較大，對(duì)小區(qū)居民生活的影響不容忽略。

（4）氣象條件對(duì)碳排量有重要影響。3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同氣象條件下數(shù)據(jù)分析對(duì)比說明大氣擴(kuò)散模式變化對(duì)監(jiān)測(cè)到的碳排量數(shù)據(jù)影響較大。然而不同尺度區(qū)域的碳循環(huán)系統(tǒng)碳排放變化與氣象條件的關(guān)系等，還需要做進(jìn)一步研究。

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Carbon Emissions Monitoring of Urban Community Based on Ground Observation

Zhu Yong1，Chu Meihua2
（1.Yangzhou Polytechnic College，Yangzhou 321009，China；2.Shanghai Shengtu remote sensing Engineering Technology Co.，Ltd，Shanghai 201803，China）

According to the analysis of the urban residents living community sources of carbon dioxide，the establishment based on the foundation of the carbon emissions monitoring station，monitoring carbon dioxide concentration data and corresponding meteorological conditions closely linked，and through the rational analysis of carbon source，the use of scientific and reasonable explanation，urban community carbon dioxide emissions rules，preliminary master based on foundation of urban community carbon dioxide monitoring method，as well as the study area location and atmospheric environment and carbon dioxide emissions，carbon emissions in cities monitoring and low-carbon urban construction provides reference basis.

carbon dioxide；urban community；monitoring；low carbon

1672-8262（2016）04-28-05

P208.2

B

2016—03—01

朱勇（1979—），男，講師，主要從事《遙感原理與應(yīng)用》、《攝影測(cè)量》等課程的教學(xué)以及的研究工作。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）（2013AA122003）；江蘇省高等職業(yè)院校高級(jí)訪問工程師計(jì)劃資助項(xiàng)目（FG115）