朱勇，儲美華

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

基于地基觀測的城市社區(qū)碳排放監(jiān)測研究

朱勇1*，儲美華2

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

針對城市居民生活社區(qū)二氧化碳來源的分析，建立基于地基的碳排量監(jiān)測站，將監(jiān)測二氧化碳濃度數據和相應的氣象條件緊密聯系在一起，并通過對碳源的合理性分析，運用科學合理的解釋，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系，為城市碳排量監(jiān)測以及低碳城市建設提供參考依據。

二氧化碳；城市社區(qū)；監(jiān)測；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，如果不采取預防措施，至本世紀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。隨著我國國民經濟的發(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到頂峰，將影響今后全世界的減排努力。2014年12月，我國政府在秘魯首都利馬舉行的《聯合國氣候變化框架公約》第20次締約方會議時表示:2016年～2020年我國將把每年的二氧化碳排放量控制在100億噸以下。為達到這一目標，低碳城市建設已成為我國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)測和碳排量目標制定必要的前期工作。作為城市熱島效應重要區(qū)域的城市社區(qū)，在低碳城市建設過程中有著舉足輕重的作用，因此對于如何較全面的監(jiān)測社區(qū)碳排放量，是近年來城市低碳相關研究學者關心的問題之一。

本文以蘇州市居住社區(qū)——星韻花園碳排放監(jiān)測為例，探討了居住社區(qū)碳排量的監(jiān)測方法，希望能夠為我國低碳城市建設推進提供借鑒。

2　碳排放監(jiān)測

2.1監(jiān)測區(qū)域概況

蘇州市星韻花園位于蘇州新區(qū)橫山路30號，濱河路與橫山路交界處，作為蘇州新區(qū)首個拆遷安置樣板房于2012年建成。小區(qū)內部共有5幢居民樓，總的建筑面積約為8 000 m2，小區(qū)周邊配套設施齊全，設置有文體活動中心、衛(wèi)生所、藥店、銀行、郵政、超市、餐飲等服務功能。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），該公司內部自備有發(fā)電廠且日常生產正常運轉，如圖1所示。

圖1　蘇州市星韻花園位置

2.2監(jiān)測布點方案

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

（1）該小區(qū)位于橫山路以北，其主出入口毗鄰橫山路，由于橫山路經常有車輛來往，同時小區(qū)內車輛出入多從該出入口經過，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)內有居民戶外活動廣場，由于該小區(qū)為拆遷安置小區(qū)，活動廣場除了平時用于居民戶外活動外，還可能在某一時間段內用于小區(qū)居民紅白宴席，人為活動頻繁，因此該區(qū)域由人為活動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)廢氣會隨著風向擴散至該小區(qū)上空，從而成為這一區(qū)域內主要的工業(yè)碳源。

鑒于以上分析，我們對該小區(qū)設置了3個監(jiān)測點，獲取的直接觀測值均為實時二氧化碳濃度，實現對碳排量進行定點監(jiān)測。

①1號監(jiān)測點位于小區(qū)主入口處，主要監(jiān)測碳源是城市交通。

②2號監(jiān)測點位于小區(qū)中心的活動廣場處，主要監(jiān)測碳源是小區(qū)內的人為活動。

③3號監(jiān)測點位于小區(qū)4號樓的樓頂，主要監(jiān)測碳源是發(fā)電廠排放的工業(yè)廢氣以及周圍環(huán)境的影響。

小區(qū)及其內部的監(jiān)測點位分布情況如圖2所示。

圖2　星韻小區(qū)內監(jiān)測點布置圖

2.3監(jiān)測數據分析

為了盡可能降低外部環(huán)境條件對地基觀測數據產生的干擾，因此選擇同風向、同大氣穩(wěn)定度等級條件下的地基數據進行該區(qū)域內二氧化碳排放規(guī)律的研究。本文研究所用的地基觀測數據的日期以及相對應的氣象信息如表1所示:

研究所使用的數據日期以及相應的氣象數據信息　表1

2.3.11號監(jiān)測點數據分析

1號監(jiān)測點布設在小區(qū)出入口，緊鄰橫山路，該處主要監(jiān)測出入小區(qū)及過往車輛尾氣排放出的二氧化碳。為證實分析結果的正確性，本次研究選取了表1中的日期進行數據分析對比，并做出這些天內二氧化碳濃度值隨時間序列變化的走勢圖，結果如圖3所示:

圖3　1號監(jiān)測點二氧化碳濃度變化曲線

從圖3可以看出，1號監(jiān)測點每天二氧化碳濃度大致變化趨勢是:

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

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號監(jiān)測點在小區(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，并且在這個時間段內出去小區(qū)的人數逐漸增多，此時車輛排放的二氧化碳濃度較大；到了中午時分街上車流量較少，且小區(qū)出入人數較少，此時監(jiān)測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逐漸增多，車流量開始增大，至18:00左右達到高峰，此時監(jiān)測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天氣尚未完全回暖，18:00后下班回家后晚間出來的人數并不很多，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，且此時蘇州的氣候溫暖很適合晚間出來游玩，因此監(jiān)測到二氧化碳濃度在晚上也高居不下；隨著時間推移，6月8日、7月2日和7月4日由于氣候原因，晚上出來的人數逐漸增多，導致檢測到二氧化碳濃度在夜間也較高。

2.3.22號監(jiān)測點數據分析

2號監(jiān)測點設置在小區(qū)中心活動廣場處，主要監(jiān)測由人為活動所引起的碳排量，同樣選取表1中的日期進行數據分析，做出這些日期內二氧化碳濃度值隨時間序列變化的走勢圖如圖4所示:

圖4　2號監(jiān)測點二氧化碳濃度變化曲線

從圖4可以看出，2號監(jiān)測點每天二氧化碳濃度大致變化趨勢是:

①每天上午9:00左右碳排量達到最大，隨后開始減弱，至下午15:00左右達到最小，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左右是人為活動比較頻繁的時間段，此時二氧化碳排量相對較多；隨著時間推移，戶外活動的人數逐漸減少，尤其進入夏季9:00以后氣溫逐漸升高，至下午15:00左右氣溫達到一天中的最高值，人為活動所引起的二氧化碳排量減少明顯。

②4月4日19:00以后，由于這個時候蘇州天色已經變黑，且室外氣溫不是很暖和，戶外活動的人數此時較少，此時二氧化碳排量呈下降趨勢；隨著時間推移，進入五月份以后白天變長，且氣溫逐漸升高，晚間出來活動的人數逐漸增多，表現的結果就是二氧化碳排量明顯增多。

③對于2號監(jiān)測區(qū)域，社區(qū)內的人為活動為其最主要的碳源，但是在某些時間段內，由于廣場人群密集度的下降或是受到風向等氣象要素的影響，人為活動對于2號監(jiān)測點的影響會大幅度削弱，此時由于點位周圍大量綠色植被的存在，2號監(jiān)測點將受植被光合作用和呼吸作用的共同影響。植被在經歷一整晚的呼吸作用后，釋放出大量的CO2，并在日出后太陽光線的光強達到光補償點的這一刻，點位附近的CO2濃度達到最大值。之后，隨著太陽光線光強的進一步增強，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，二氧化碳濃度走勢開始下落。

2.3.33號監(jiān)測點數據分析

3號監(jiān)測點位于小區(qū)4號樓的樓頂，距離地面高度為100 m左右，所監(jiān)測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)境復雜，但是受城市地面碳源的影響以及對風向變化的敏感，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，其內部造紙廠的大煙囪是這一區(qū)域內存在的城市低空工業(yè)碳源。因此3號監(jiān)測點主要監(jiān)測碳源是小區(qū)周邊道路所構成的城市交通碳源以及發(fā)電廠排放的工業(yè)廢氣所構成的城市低空碳源，經過定期（所選的時間段內，陰天大氣相對于晴天穩(wěn)定度好，夜間相對白天穩(wěn)定度好）觀測選取一定時間段內的碳排量分析，繪制二氧化碳排量變化趨勢如圖5所示:

3號監(jiān)測點位于小區(qū)四號樓樓頂，主要監(jiān)測東北邊造紙廠內發(fā)電廠煙囪排放的二氧化碳，同時小區(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行的城市軌道交通三號線的建設施工也構成了該監(jiān)測點的碳源。從圖5可以看出:

圖5　3號監(jiān)測點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減弱，主要是這個時間段避開上下班高峰，路上車流量較少。

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

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線的走勢存在較大的差異。晴天當太陽輻射增強后，大氣環(huán)境逐漸變得活躍，大氣湍流作用增強，此時低空環(huán)境中二氧化碳的濃度將在大氣湍流的擴散作用下急劇下降，而陰天，由于白天總的穩(wěn)定度等級與夜間相同，大氣比較穩(wěn)定，湍流作用并不顯著，因此低空環(huán)境中的二氧化碳會緩慢積累，其濃度也一直呈現上升趨勢。但是由于一天中太陽輻射的變化，當太陽輻射達到一天中的最大強度時，此時大氣會變得相對比較活躍，因此在大氣湍流作用下，二氧化碳經擴散后濃度在一段時間內會呈下降趨勢。

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外，受到大氣穩(wěn)定度等級的影響卻是最關鍵的。

3　結 論

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

（1）交通主干道的二氧化碳主要來自機動車排放。1號監(jiān)測點數據分析得到明顯說明。

（2）人為活動對碳排放影響大。從2號監(jiān)測點的數據分析可議看到這一點，同時做區(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號監(jiān)測點數據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)二氧化碳排放經遠距離及大氣擴散后依舊影響較大，對小區(qū)居民生活的影響不容忽略。

（4）氣象條件對碳排量有重要影響。3號監(jiān)測點在不同氣象條件下數據分析對比說明大氣擴散模式變化對監(jiān)測到的碳排量數據影響較大。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系等，還需要做進一步研究。

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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《遙感原理與應用》、《攝影測量》等課程的教學以及的研究工作。

國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）（2013AA122003）；江蘇省高等職業(yè)院校高級訪問工程師計劃資助項目（FG115）