中國溫室氣體排放研究——中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”之排放清單任務(wù)群研究進展*

文/魏偉任小波蔡祖聰侯泉林劉毅李青青中國科學院上海高等研究院上海00中國科學院重大科技任務(wù)局北京0086南京師范大學南京00中國科學院大學北京0009中國科學院大氣物理研究所北京0009

中國溫室氣體排放研究——中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”之
排放清單任務(wù)群研究進展*

文/魏偉1任小波2蔡祖聰3侯泉林4劉毅5李青青1
1中國科學院上海高等研究院上海201210
2中國科學院重大科技任務(wù)局北京100864
3南京師范大學南京210023
4中國科學院大學北京100049
5中國科學院大氣物理研究所北京100029

溫室氣體排放清單一直是氣候模型構(gòu)建、各國減排政策制定及國際談判與博弈的重要基礎(chǔ)。2011年中科院啟動戰(zhàn)略性先導科技專項“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”，其中設(shè)置了“排放清單任務(wù)群”4個項目，以建立我國溫室氣體參數(shù)及排放數(shù)據(jù)庫。文章介紹了“排放任務(wù)群”中“能源消費與水泥生產(chǎn)過程排放”、“土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放”、“自然過程碳排放”和“衛(wèi)星反演的‘凈排放’”4個項目的主要研究進展，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國2013年二氧化碳實際排放總量比前期估計值低近15%，該成果近期發(fā)表于Nature。本文同時針對溫室氣體排放的需求，提出了今后的發(fā)展方向。

碳收支，能源消費，天地利用，自然過程，氣候變化，碳衛(wèi)星

DOⅠ10.16418/j.issn.1000-3045.2015.06.018

1　研究背景

近年來，全球人為溫室氣體排放量已達前所未有的最高水平，這“極有可能”是導致不斷加劇的氣候變化事件的主要原因［1］。因此，溫室氣體排放清單一直是氣候模型構(gòu)建、各國減排政策制定及國際談判與博弈的重要基礎(chǔ)［2］。

1997年在日本京都召開的聯(lián)合國氣候變化框架公約第三次締約方大會上所通過的《京都議定書》，要求對6種溫室氣體進行減排，包括：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）和六氟化硫（SF6），其中對全球升溫貢獻百分比較大的溫室氣體主要為前三種。

20世紀70年代以來，西方國家率先開展對大氣中CO2、CH4和N2O等溫室氣體排放濃度和各國碳排放清單的研究工作［3-5］。截至目前，世界范圍內(nèi)對各國碳排放量進行深入研究的機構(gòu)有近10家。其中，美國橡樹嶺國家實驗室CO2信息分析中心（Carbon DioxideⅠnformation Analysis Centre, CDⅠAC）、歐盟聯(lián)合研究中心（European Commission’s Joint Research Centre,JRC）和荷蘭環(huán)境評估機構(gòu)（Netherlands Environmental Assessment Agency,PBL）全球大氣研究排放數(shù)據(jù)庫（Emissions Database for Global Atmospheric Research,EDGAR）、國際能源署（Ⅰnternational Energy Agency,ⅠEA）、美國能源信息管理局（U.S.EnergyⅠnformation Administration,EⅠA）、世界銀行、聯(lián)合國氣候變化框架公約（United Nations Framework Convention on Climate Change,UNFCCC）數(shù)據(jù)庫和世界資源研究所（World ResourcesⅠnstitute,WRⅠ）等的研究較為權(quán)威［6］，它們每年發(fā)布的全球各個國家的排放數(shù)據(jù)已經(jīng)成為全球氣候變化談判與博弈的重要參考。同時，在碳監(jiān)測衛(wèi)星方面，日本于2009年、美國于2014年先后發(fā)射了全球碳監(jiān)測衛(wèi)星［7］，大大增加了西方發(fā)達國家在國際談判中的話語權(quán)。中國在相關(guān)領(lǐng)域的研究起步較晚，無論是學術(shù)上還是數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性上與發(fā)達國家相比均存在較大的差距，我國在“十二五”期間由科技部部署了中國全球二氧化碳監(jiān)測科學實驗衛(wèi)星（碳衛(wèi)星，TanSat）的研制，并初步定于2016年上半年發(fā)射升空［8］。

近年來，中國的碳排放量因為體量大、增長快受到了全世界的廣泛關(guān)注，這使中國承受著越來越多的國際壓力。目前為止，中國政府以政府間氣候變化專業(yè)委員會（Ⅰntergovernmental Panel on Climate Change,ⅠPCC）曾發(fā)布的1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories和2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories為基礎(chǔ)，向聯(lián)合國提交了1994年份和2005年份的溫室氣體清單［9］。但自2005年以來，中國的產(chǎn)業(yè)不斷調(diào)整、技術(shù)不斷更迭，這給溫室氣體清單的研究帶來了更多的不確定性。顯然，在對全球變暖、應(yīng)對氣候變化的空前關(guān)注和國際談判的持續(xù)推進下，近10年中國碳排放清單的空白，無法使我國決策者及時了解我國碳排放最新狀況，從而失去我國在國際氣候談判中的話語權(quán)。我國政府近年來高度重視碳排放的統(tǒng)計工作，在《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》《中國“十二五”應(yīng)對氣候變化科技發(fā)展專項規(guī)劃》以及《國家應(yīng)對氣候變化規(guī)劃（2014—2020年）》等中均明確提出，要加強我國氣候變化的統(tǒng)計工作，并盡快構(gòu)建一套科學、完整、統(tǒng)一的應(yīng)對氣候變化的統(tǒng)計指標體系，建立和完善溫室氣體排放統(tǒng)計制度，客觀反映我國應(yīng)對氣候變化的基本情況。建立和完善溫室氣體排放統(tǒng)計制度既是我國有效履行國際義務(wù)的迫切需要，也是我國在應(yīng)對氣候變化國際談判上贏得主動的重要保障。

2011年中科院啟動了戰(zhàn)略性先導科技專項“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”（簡稱“碳專項”），專項設(shè)置了5個任務(wù)群［10］，第一個任務(wù)群即為“排放清單任務(wù)群”，其中包含了項目1“能源消費與水泥生產(chǎn)過程排放”、項目2“土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放”、項目3“自然過程碳排放”和項目4“衛(wèi)星反演的‘凈排放’”4個項目，期望科學系統(tǒng)地研究我國在能源消費、土地利用、自然過程等領(lǐng)域的CO2、CH4和N2O主要3種溫室氣體的排放，并建立我國的溫室氣體基礎(chǔ)參數(shù)及排放數(shù)據(jù)庫。

2　排放清單任務(wù)群的目標和研究內(nèi)容

2.1排放清單任務(wù)群的目標

基于我國能源、自然過程和土地利用及畜牧業(yè)等的特點，測算我國特有的排放因子參數(shù)，構(gòu)建我國碳排放核算方法和衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)，形成國際認可的天地一體化的碳排放核算與監(jiān)測體系及能力，為我國溫室氣體排放的科學、系統(tǒng)的統(tǒng)計核算工作提供科學保障，為不斷探索中國可持續(xù)發(fā)展之路提供戰(zhàn)略引導，也為健全中國的碳排放交易試點及建立全國碳排放交易市場提供重要的科學基礎(chǔ)。

2.2排放清單任務(wù)群的研究內(nèi)容

（1）項目1“能源消費與水泥生產(chǎn)過程排放”。以中國權(quán)威統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過調(diào)研和數(shù)據(jù)采集，測算出我國能源種類的損失量，進而獲得各能源種類的消費量數(shù)據(jù)；同時，通過大量的數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計回歸，獲得我國單位燃料的碳含量以及能源種類發(fā)熱量；依據(jù)我國不同能源一次利用的主要行業(yè)，對不同技術(shù)、不同規(guī)模、不同區(qū)域的企業(yè)進行抽樣數(shù)據(jù)采集和分析，獲得不同行業(yè)的碳氧化因子，并得到我國不同行業(yè)的能源消費種類、消費量和CO2實際排放量；對不同利用行業(yè)集成得到我國不同能源種類的消費量和氧化因子，并進一步得到我國不同能源種類的CO2排放總量；構(gòu)建形成我國能源利用和水泥生產(chǎn)的總數(shù)據(jù)庫，并形成可視化的系統(tǒng)。

（2）項目2“土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放”。制訂箱法測定土地利用CH4和N2O排放通量的技術(shù)規(guī)范和數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范，依托生態(tài)站，定時采樣測定森林（長白山、神農(nóng)架、西雙版納）、草地（呼倫貝爾、海北、納木錯）、濕地（山東黃河口、江蘇濱海、太湖、三峽消落帶）和垃圾填埋場（北京阿蘇衛(wèi)、南京轎子山、廈門東部、東孚）的CH4和N2O排放通量；結(jié)合文獻資料，研發(fā)我國土地利用CH4和N2O排放的過程和經(jīng)驗?zāi)Ｐ停瑸閲揖幹仆恋乩玫腃H4和N2O排放清單提供估算模型；根據(jù)項目建立的土地利用CH4和N2O排放模型和排放量清單編制指南，設(shè)定減排情景，評估各種減排措施的減排潛力；選擇奶牛、肉牛、水牛、山羊和綿羊為研究對象，測定反芻動物瘤胃腸道CH4排放量及畜禽排泄物工廠化堆肥過程中CH4和N2O排放量；研究影響反芻動物瘤胃腸道CH4排放量和堆肥過程中CH4和N2O排放量的主要因素；結(jié)合文獻資料，提出我國反芻動物瘤胃腸道CH4排放和畜禽排泄物堆肥過程中的CH4和N2O排放因子，為國家編制相應(yīng)的CH4和N2O排放清單提供參數(shù)，提出減少畜禽CH4和N2O排放的對策措施。

（3）項目3“自然過程碳排放”。通過對煤炭開發(fā)、煤田自燃和石油天然氣開發(fā)過程所產(chǎn)生的CH4和CO2等溫室氣體，以及海洋（近海與海岸帶）碳排放和干旱區(qū)無機碳匯的全面調(diào)研和系統(tǒng)研究，確定科學合理的、能準確反映煤、油氣開發(fā)和煤田自燃等過程中碳排放量的計算方法，獲取我國近海固碳速率，揭示海岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳排放過程，闡明中國廣義干旱/鹽堿地區(qū)無機碳匯強度，最終獲得我國自然過程較為準確的碳排放數(shù)據(jù)，為我國大氣碳收支綜合評價和外交談判提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學依據(jù)。

（4）項目4“衛(wèi)星反演的‘凈排放’”。針對衛(wèi)星定量監(jiān)測全球溫室氣體排放的需求，完成碳監(jiān)測衛(wèi)星短波紅外超高光譜載荷的方案設(shè)計、掌握載荷研制的關(guān)鍵技術(shù)和地基驗證儀器的關(guān)鍵技術(shù)；建立溫室氣體衛(wèi)星遙感正演模擬系統(tǒng)和反演系統(tǒng)，完成衛(wèi)星資料的地基驗證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)同化和資料處理系統(tǒng)。構(gòu)成天地一體化的大氣碳濃度的定量遙感監(jiān)測系統(tǒng)，基于國內(nèi)和國際衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合地基驗證資料，運用綜合的反演和資料同化方法實現(xiàn)區(qū)域尺度衛(wèi)星遙感大氣低層CO2平均（500 km×500 km）濃度的精度優(yōu)于4 ppm。在此基礎(chǔ)上，發(fā)展綜合衛(wèi)星遙感-大氣反演-陸氣同化計算碳源匯的理論與方法，闡明我國不同區(qū)域主要溫室氣體排放源分布及強度的時空變異特征。

3　排放清單任務(wù)群主要研究進展

3.1項目1“能源消費與水泥生產(chǎn)過程排放”主要研究進展

（1）通過對我國煤炭在運輸和洗選過程中的物理損失詳細調(diào)研，對我國煤炭消費量進行了修正。調(diào)研了包含公路、鐵路、海運和內(nèi)河等主要干線，行程2 000多公里，1 500多海里，進行了60多次的現(xiàn)場調(diào)研和測算，得到我國煤炭運輸過程中的損失量占我國煤炭產(chǎn)量的0.5%—0.6%；同時，調(diào)研了全國煤炭洗煤廠138家，采集煤樣120組，共279個樣品，完成了相關(guān)的分析測試，得到了我國煤炭在洗選過程中的損失量占我國煤炭產(chǎn)量的1.8%左右。

（2）系統(tǒng)核算了中國各化石燃料的碳含量。發(fā)現(xiàn)中國煤的碳含量比ⅠPCC推薦值低約40%，油品和燃氣類的碳含量與ⅠPCC推薦值相近：共采用了4 243個煤礦調(diào)查數(shù)據(jù)以及獲取了600余組煤炭樣品（樣品代表的煤炭產(chǎn)量占我國2011年煤炭產(chǎn)量的96.7%），進行了元素分析、工業(yè)分析、發(fā)熱量等的測試，獲得了中國煤的含碳量遠低于發(fā)達國家水平及世界平均水平，本研究實測中國煤平均含碳量約為54%，低位發(fā)熱量為20.6 PJ/Mt（ⅠPCC推薦值為28.2 PJ/Mt）；已采集包括進口原油在內(nèi)的100余組油樣品，覆蓋了原油產(chǎn)量和進口的95%左右，分析測試發(fā)現(xiàn)，我國油品的碳含量與ⅠPCC推薦值相近；針對我國天然氣、液化天然氣、煤層氣和焦爐氣，已取得不同地點樣品120余組，分析測試發(fā)現(xiàn)，總體而言，我國能源氣體的碳含量與ⅠPCC推薦值相近。

表1　調(diào)研測試得到的中國各行業(yè)的碳氧化因子或排放系數(shù)

（3）系統(tǒng)形成了能源利用各行業(yè)的碳氧化因子，較ⅠPCC的默認值1存在較大差距。針對我國能源消費的主要行業(yè)，包括火電、鋼鐵、建材（玻璃、磚瓦、石灰、陶瓷）、有色（鎂、鋁、鉛、鋅、銅）、傳統(tǒng)煤化工、新型煤化工、民用煤、水泥生產(chǎn)、石油煉制、石油終端利用、石油化學品、天然氣利用、煤層氣利用、焦爐氣利用以及液化天然氣利用等行業(yè)調(diào)研和檢測企業(yè)2 000余家，形成了大量的數(shù)據(jù)，得到了若干行業(yè)的碳氧化因子（表1）。可以看出，中國化石能源的碳氧化因子與ⅠPCC推薦值1存在較大的差距。

（4）建立了完備的中國能源利用和水泥生產(chǎn)的可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。針對調(diào)研數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)，集合了原始調(diào)研企業(yè)、獲得的樣品、分析科目、分析方法、分析人員、分析數(shù)據(jù)等多方面，形成了較為完備的數(shù)據(jù)庫，并進行了不同層面的數(shù)據(jù)處理，構(gòu)建了可視化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為未來數(shù)據(jù)的可追溯和透明度提供了科學基礎(chǔ)。

（5）利用已經(jīng)取得的關(guān)鍵數(shù)據(jù)參數(shù)，2015年8月20日項目研究團隊聯(lián)合哈佛大學、清華大學等24所國內(nèi)外科研機構(gòu)組成的科研團隊在Nature上發(fā)表了題為“中國化石燃料與水泥生產(chǎn)碳排放核算修正”（Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China）的研究論文［11］。首次核算了基于實測排放因子的中國碳排放總量，結(jié)果表明，中國2013年碳排放總量比先前估計低約15%（圖1），重新核算后的中國碳排放在2000—2013年間比國外機構(gòu)估計少106億噸CO2，是《京都議定書》框架下具有強制減排義務(wù)的西方發(fā)達國家自1994年以來實際減排量的近百倍。此修正量大于中國同期陸地總的碳匯吸收總量（95億噸CO2）。

圖1　不同研究機構(gòu)之間公布的中國CO2排放量的比較

3.2項目2“土地利用與畜牧業(yè)的甲烷和氧化亞氮排放”主要研究進展

（1）積累了大量的第一手資料。在3個森林站、3個草地站、6個濕地站、1個農(nóng)田站和4座垃圾填埋場積累了2—3年的原位連續(xù)測定數(shù)據(jù)，其中10個站點和4座垃圾填埋場的連續(xù)測定時間3年；完成了牛、羊等反芻動物瘤胃腸道CH4排放及北京、南京和廣州畜禽排泄物堆肥化過程中CH4和N2O排放量的測定，建成了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為探討陸地生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O排放空間和時間變化規(guī)律，為以實際測定數(shù)據(jù)為依據(jù)，編制我國畜牧業(yè)和垃圾填埋場CH4和N2O排放清單奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）建立了我國農(nóng)田、森林、草地和濕地CH4和N2O排放模型，并用建立的模型估算了我國農(nóng)田、森林、草地和濕地CH4和N2O排放量（表2）。

（3）發(fā)現(xiàn)了一系列強烈影響我國陸地生態(tài)系統(tǒng)CH4和N2O排放的因素。研究表明，草地鼠害不僅降低草地生產(chǎn)力，而且促進土壤有機碳的礦化和N2O排放，使草地由溫室氣體源轉(zhuǎn)變?yōu)闇厥覛怏w匯。溫度低并未減少青藏高原草地的CH4吸收能力。三峽水庫消落帶CH4排放量均低于同海拔稻田的CH4排放量，并未成為溫室氣體的重要排放源。湖泊富營養(yǎng)化而出現(xiàn)的藻華，沉積于湖泊底泥中，為CH4的生成提供大量的基質(zhì)，因而CH4排放量顯著增加。高標準的垃圾填埋場，由于膜覆蓋而極大地減少了堆體的CH4排放量，但大量增加了滲濾液中CH4濃度，成為垃圾填埋場最主要的CH4排放途徑。垃圾填埋場滲濾液處理過程中還產(chǎn)生大量的N2O，是不可忽視的N2O排放源。

表2　我國農(nóng)田、森林、草地和濕地CH4和N2O排放量模型估算值

3.3項目3“自然過程碳排放”主要研究進展

（1）根據(jù)我國煤層賦存地質(zhì)條件和煤炭開發(fā)實際情況，對我國煤炭開發(fā)碳排放進行了分區(qū)計算，創(chuàng)新性地構(gòu)建了基于煤層瓦斯含量的碳排放計算模型和方法。新方法在充分考慮我國煤和瓦斯含量的不均一性以及瓦斯梯度的特點，同時考慮煤層氣地面開發(fā)與井下瓦斯抽采情況，對具體的數(shù)據(jù)參數(shù)進行了界定，并制定了詳細的數(shù)據(jù)采取規(guī)范和標準。該方法較ⅠPCC推薦的三層次估算方法具有更高的實用性和進一步動態(tài)預(yù)測功能。

算法：煤炭開發(fā)CH4排放=井工開采CH4排放+露天開采CH4排放；

井工開采CH4排放=［采動影響系數(shù)×（煤層瓦斯含量-煤層殘存瓦斯含量）-井巷殘存瓦斯量］×年產(chǎn)煤量-煤層氣利用量；

露天開采CH4排放=（煤層瓦斯含量-煤層殘存瓦斯含量）×年產(chǎn)煤量；

（2）建立了煤田自燃碳排放量計算模型，包括燒失煤量估算法、燃燒面積估算法、煤炭產(chǎn)量估算法。

式中：a-排放因子，K-燃燒系數(shù)，M-燒失煤量

式中：a-排放因子，F(xiàn)-排放系數(shù)，S-火區(qū)面積

（3）首次對我國油氣開發(fā)過程中溫室氣體排放狀況進行了實地檢測和計算，建立了適合我國油氣開發(fā)特點的碳排放計算方法，計算結(jié)果比ⅠPCC方法低一個數(shù)量級（圖2）。

（4）系統(tǒng)獲得了中國近海典型海域生物固碳速率和海氣界面CO2通量以及濱海濕地-大氣界面主要溫室氣體CO2和CH4通量及其時空變化特征。發(fā)現(xiàn)近年來近海固碳速率呈現(xiàn)升高的趨勢，黃東海在全年尺度上整體表現(xiàn)為大氣CO2的匯，潮灘濕地全年整體表現(xiàn)為CO2的源和CH4較弱的吸收匯。浮游植物光合特性和營養(yǎng)鹽水平，表層海水溫度、浮游植物活動和水團的交換混合分別是控制浮游植物固碳速率和海氣界面CO2源匯變化的關(guān)鍵因素，人為的氮磷輸入對不同植被類型濕地CO2的累計排放量影響顯著。

圖2　獲得的不同年份ⅠPCC排放量與實測排放量的比較

（5）提出干旱區(qū)的確存在一個未被認識的無機碳匯，存在于荒漠區(qū)地下咸水層。也就是說，向下的CO2通量不在植物中，也不在土壤中，而在其之下的荒漠地下咸水層。干旱區(qū)鹽堿土改良、鹽漬化控制過程本身就是碳匯形成過程。匯集在浩瀚沙漠下形成地下咸水層，儲存于其中的CO2則形成碳匯，其自身同時也是一個巨大的碳庫。初步估計，這個碳庫總量（全球）高達1 000億噸，是陸地上植物、土壤之外的第3個活動碳庫。結(jié)果表明，在干旱鹽堿土區(qū)的確存在一個未被認識的無機碳匯，其結(jié)果對重新評估全球碳匯的格局提供了依據(jù)。

3.4項目4“衛(wèi)星反演的‘凈排放’”主要研究進展

（1）在星載高光譜探測方面。重點突破精細光譜獲取光學技術(shù)和自主研發(fā)的短波紅外面陣探測器技術(shù)，研制短波紅外高光譜探測原理樣機；突破短波紅外高靈敏度探測器技術(shù)，提高器件響應(yīng)量子效率及均勻性，完成短波紅外焦平面探測器樣片的綜合測試,經(jīng)測試探測器暗電流密度由100 nA/cm2提高到10 nA/cm2的世界先進水平；在地基驗證儀器研制方面，研發(fā)高靈敏溫室氣體監(jiān)測技術(shù)設(shè)備、開放光路區(qū)域溫室氣體探測和機載CO2垂直廓線探測技術(shù)與設(shè)備，建立地面探測CO2的激光技術(shù)與監(jiān)測驗證系統(tǒng)，并開展區(qū)域碳通量應(yīng)用示范。

（2）CO2衛(wèi)星遙感反演方算方面取得突破性進展。研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的短波紅外大氣CO2濃度反演方法，建立反演系統(tǒng)軟件；使用日本GOSAT衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)進行反演試驗并利用地基TOCCN驗證資料進行驗證，反演精度達到國際先進水平（偏差：1.9 ppm；0.5%）；針對中國二氧化碳科學試驗衛(wèi)星（TanSat）的高分辨率光譜儀的關(guān)鍵指標進行了深入論證，提出了光譜分辨率、光譜范圍和采樣率的最優(yōu)方案并且應(yīng)用到光譜儀研制中，為提高觀測精度奠定理論基礎(chǔ)。

（3）建立了高塔站（北京325米氣象塔）、3個地面站（山東禹城、甘肅敦煌、海南瓊海）和一個流動觀測站組成的碳衛(wèi)星地面驗證觀測系統(tǒng)。開展了連續(xù)3年的觀測試驗，獲得了包括地面CO2濃度、平均風、溫、濕、三維脈動風速/溫度、云參數(shù)、氣溶膠光學參數(shù)等觀測數(shù)據(jù)和高塔垂直觀測數(shù)據(jù)，優(yōu)化了數(shù)據(jù)反演算法、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和檢驗方法，為將來驗證碳衛(wèi)星奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（4）在CO2濃度和碳源匯同化方面。建立并優(yōu)化了多源CO2數(shù)據(jù)融合方法，生產(chǎn)了全球連續(xù)周步長相關(guān)數(shù)據(jù)集；建立了全球CO2同化系統(tǒng)，并對中國區(qū)域碳源匯結(jié)果做了初步分析；發(fā)展了集合卡爾曼濾波（En-KF）的高分辨率區(qū)域尺度的CO2同化系統(tǒng)。

4　研究展望

通過5年近500位科學家的努力，在中科院戰(zhàn)略性先導專項“應(yīng)對氣候變化碳收支認證及相關(guān)問題”的支持下，已經(jīng)形成了我國能源、自然過程和土地利用及畜牧業(yè)等領(lǐng)域的溫室氣體排放的基礎(chǔ)參數(shù)和適合我國國情特點的核算方法，截至目前已經(jīng)發(fā)表科學論文400余篇，為我國科學系統(tǒng)地構(gòu)建溫室氣體排放清單提供了堅實的科學基礎(chǔ)，并得到了國內(nèi)外同行的廣泛認可。同時，針對我國即將發(fā)射的碳衛(wèi)星，提供了反演算法和同化系統(tǒng)，初步形成了國際認可的天地一體化的碳排放核算和監(jiān)測體系及能力。

我國目前正處于能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的快速轉(zhuǎn)變時期，上述研究獲得的關(guān)鍵基礎(chǔ)參數(shù)會隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級不斷的變化，為了準確獲得未來我國溫室氣體的排放數(shù)據(jù)，建議在目前形成的參數(shù)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，不斷實時檢測、監(jiān)測和更新，將我國溫室氣體排放清單工作常態(tài)化。

在2015年10月份的《中美氣候變化聯(lián)合聲明》中，我國政府已經(jīng)宣布了我國將在2017年全面實施碳交易制度，希望在“碳專項”形成數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，盡快形成各種行業(yè)和技術(shù)類型的碳排放核算標準，為我國碳交易制度的實施提供科學的方法。同時，依據(jù)不同區(qū)域、不同行業(yè)、不同技術(shù)的碳排放狀況，盡快分析形成我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和升級的減排潛力和減排成本，為我國節(jié)能減排政策的實施提供可靠的科學依據(jù)。

此外，碳專項排放清單任務(wù)群只關(guān)注了二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）3種溫室氣體的排放，對于氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）并未涉及，實際上我國后3種溫室氣體的排放在全球中占有一定的份額，建議今后要加強這方面的研究。

隨著國外嗅碳衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，未來嗅碳衛(wèi)星監(jiān)測溫室氣體的排放精度將大幅度提高，近兩年來，國際科學界開始嘗試將排放源的檢測、地面觀測站的觀測、航飛的監(jiān)測和碳衛(wèi)星的監(jiān)測形成不同尺度和不同層面的天地一體化的溫室氣體核算網(wǎng)絡(luò)，特別是2014年，美國國家標準計量局（NationalⅠnstitute of Standards and Technology，NⅠST）和美國國家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）已經(jīng)部署了“Megacities Carbon Emissions”（大城市群碳排放）的研發(fā)計劃，應(yīng)引起我國的高度重視。

1ⅠPCC.Climate change 2014 synthesis report summary for policy makers.［2015-11-07］.http：//www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ ar5/syr/AR5_SYR_FⅠNAL_SPM.pdf

2馬翠梅，徐華清，蘇明山.溫室氣體清單編制方法研究進展.地理科學進展，2013，32（03）：400-407.

3 Rotty R M.Commentary on and extension of calculative procedure for CO2production.Tellus,1973,25：508-517.

4 Marland G,Rotty R M.Carbon dioxide emissions from fossil fuels：Aprocedure for estimation and results for 1950-1982.Tellus,1984,36：232-261.

5曲建升，曾靜靜，張志強，等.國際主要溫室氣體排放數(shù)據(jù)集比較分析研究.地球科學進展,2008，23（1）：48-49.

6 Zhu S L.Comparison and analysis of CO2emissions data for China.Advances in Climate Change Research,2014,5（1）：17-27.

7新華網(wǎng).美國發(fā)射“嗅碳”衛(wèi)星用于監(jiān)測地球大氣二氧化碳水平.［2015-11-07］.http：//news.xinhuanet.com/world/2014-07/02/c_ 1111428717.htm

8新華網(wǎng).中國2016年將發(fā)射兩顆具備溫室氣體探測能力衛(wèi)星.［2015-11-07］.http：//news.xinhuanet.com/tech/2014-09/24/c_ 1112610491.htm

9國家發(fā)展和改革委員會應(yīng)對氣候變化司.國家信息通報.［2015-11-07］.http：//nc.ccchina.gov.cn/web/index.asp

10呂達仁，丁仲禮.應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題.中國科學院院刊,2012，27（3）：395-401.

11 Liu Z,Guan D B,Wei W,et al.Reduced carbon emission estimates from fossil fuel combustion and cement production in China.Nature,2015,524（7565）：335-338.

魏偉中科院上海高等院溫室氣體與環(huán)境工程中心主任，院長助理，研究員，博士生導師，1971年8月出生。主要研究領(lǐng)域包括二氧化碳排放核算和戰(zhàn)略,二氧化碳捕獲、利用和封存，綠色化工以及環(huán)境催化。目前承擔國家科技支撐計劃項目“CO2化工利用關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范”、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項A“應(yīng)對氣候變化的碳收支認證及相關(guān)問題”、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項B“無水壓裂頁巖氣關(guān)鍵技術(shù)研究”以及國家“973”項目和國際合作項目等多項科研課題。近5年來，作為課題負責人，完成了國家科技支撐計劃重大項目、中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目以及多項國際合作和院地合作項目。在國內(nèi)外重要學術(shù)期刊上發(fā)表論文300余篇，已獲國家發(fā)明專利70余項，國際發(fā)明專利3項。

E-mail：weiwei@sari.ac.cn

Wei Wei,born in 1971,professor and director of Center for Greenhouse Gas and Environmental Engineering at Shanghai Advanced ResearchⅠnstitute,Chinese Academy of Sciences.His main research focus includes CO2accounting,capture,utilization and storage,green chemistry,and environmental catalysis.He is now the principal investigator of“Key Technologies andⅠndustrial Demonstration of Chemical Utilization of Carbon Dioxide”（Key Projects in the National Science&Technology）,“Climate Change：Carbon Budget and RelevantⅠssues”（Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences-A）,“Non-hydraulic Fracturing for Shale Gas Recovery”（Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences-B）,and other projects including National“973”Projects and international collaborative programs.Ⅰn the past 5 years,he severed as the principal investigator and completed several projects funded by the National Ministry of Science and Technology,Chinese Academy of Sciences,and industry partners.More than 300 papers have been published in international peer-reviewed journals,and over 70 Chinese and 3 international patents have been licensed.E-mail：weiwei@sari.ac.cn

Research on China’s Greenhouse Gas Emission——Progress on emission inventory from the CAS Strategic Priority Research Program

Wei Wei1Ren Xiaobo2Cai Zucong3Hou Quanlin4Liu Yi5Li Qingqing1
（1 ShanghaiAdvancedⅠnstitute,ChineseAcademy of Sciences,Shanghai 201210,China；2 Bureau of Major R&D Programs,ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100864,China；3 Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China；4 University of ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100049,China；5Ⅰnstitute ofAtmospheric Physics,ChineseAcademy of Sciences,Beijing 100029,China）

Emission inventory of greenhouse gases represents an important basis for the defining of climate model,making reduction policy,and international negotiation.Ⅰn 2011,the Chinese Academy of Sciences launched the“Climate Change：Car-bon Budget and RelevantⅠssues”project（Strategic Priority Research Program）,where 4 working packages on emission inventory were designed to establish the emission inventory of China and related parameters.Herein, the main research progresses from these working packages,including“Emissions from energy consumption and cement production”,“Methane and Nitrous oxide emissions from animal husbandry and land use”,“Carbon emissions in natural processes”,and“’Net emissions’by satellite inversion”,are detailed.The results which were published recently in the journal Nature indicated that China’s actual CO2emission in 2013 is near 15%lower than previously estimated.Future prospective is presented as well according to the necessity of greenhouse gases emissions.

carbon budget,energy consumption,space-ground utilization,natural processes,carbon satellite

中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（XDA05010000、XDA05020000、XDA05030000、XDA05040000）

修改稿收到日期：2015年11月11日