《貴州省碳源匯評估規(guī)范》

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團體標準

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貴州省碳源匯評估規(guī)范

EvaluationcriteriaofcarbonsourceandsinkinGuizhouprovince

??發(fā)布

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前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定

起草。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。

本文件由貴州省氣象學會提出并歸口。

本文件起草單位：貴州風云氣象技術(shù)有限公司、貴州省山地環(huán)境氣候研究所、貴州省生態(tài)氣象和衛(wèi)

星遙感中心、貴州省大氣探測中心。

本文件主要起草人：古書鴻、廖留峰、段瑩、王強、丁立國、張波、廖瑤。

II

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引言

本標準制定的碳源匯反演方法具有權(quán)威性，并經(jīng)大量觀測調(diào)查數(shù)據(jù)校準和驗證，適用于貴州區(qū)域陸地

碳匯評估。

1、準確性。本標準基于IPCC2019年溫室氣體增補指南，基于自上而下的方法，反演評估的碳匯量、

碳源量能夠準確反映評估區(qū)域內(nèi)碳的的時間動態(tài)和空間格局。

2、連續(xù)性。受氣候變化、土地利用變化、人為干擾等因素的影響，區(qū)域陸地碳匯的年際間波動

較大，利用本標準宜進行動態(tài)評估。

3、一致性。在不同時間對同一評估單元再次或多次評估時，宜采用相同評估方法、參數(shù)和數(shù)據(jù)標

準?；谒邢乱患壭姓卧?空間范圍)的碳源匯反演方法、參數(shù)和數(shù)據(jù)來源與處理方法與基于上一

級行政單元(空間范圍)的碳源匯反演方法、參數(shù)和數(shù)據(jù)來源與處理方法相同。不同區(qū)域相同植被功能

型的參數(shù)取值一致。

III

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1范圍

本文件規(guī)定基于了大氣CO2濃度觀測數(shù)據(jù)的碳源匯反演評估方法。

本文件適用于區(qū)域內(nèi)自上而下的碳源匯評估。

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。

QX/T125溫室氣體本底觀測術(shù)語

QX/T174大氣成分站選址要求

QX/T118—2020氣象觀測資料質(zhì)量控制地面

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1大氣多源CO2數(shù)據(jù)

高精度的地基CO2濃度觀測、碳衛(wèi)星柱CO2濃度以及基于輔助觀測數(shù)據(jù)推算獲取的CO2濃度數(shù)據(jù)的綜合。

3.2大氣傳輸模式

表征大氣層中復(fù)雜的物理和化學過程，輻射能在大氣中傳輸過程、傳輸特性及其規(guī)律的模式。

3.3生態(tài)系統(tǒng)模型

用數(shù)學符號和數(shù)學方程式表征生態(tài)系統(tǒng)各成員相互關(guān)系和功能作用之間的定量表述，對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與

功能作抽象的或形式的描述。

3.8同化算法

把不同來源、不同分辨率、直接和間接的觀測數(shù)據(jù)，與動態(tài)模型進行集成，生成具有時間一致性、空間

一致性和物理一致性的各種地表狀態(tài)的數(shù)據(jù)集的方法。

3.9同化反演

利用同化算法，進行表征觀測數(shù)據(jù)集成和輸出的過程。

3.9人為碳通量

來源于人為燃燒化石燃料，如煤炭、石油和天然氣，以及清除森林和植被等人類活動，導致的碳的循環(huán)

運動的通量。

3.6自然碳通量

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不考慮人為因素和動物活動影響的自然陸地生態(tài)系統(tǒng)中，大氣、海洋、陸地和生物界中碳的循環(huán)運動的

通量。

4碳源匯評估流程

4.1總體評估流程

碳源匯監(jiān)測評估的總體流程主要包括四個部分：評估區(qū)域時空邊界選取、大氣多源CO2濃度觀測數(shù)據(jù)收

集、碳源匯同化反演、報告制作。

圖1碳源匯評估流程

4.2時空邊界選取

根據(jù)評估目的，確定碳源匯評估的地理邊界，評估區(qū)域可以是行政單元，如省、市、縣、鄉(xiāng)、村，也可是

某個功能區(qū)等，并確定評估的時間邊界(起止年份)。

4.3大氣多源CO2數(shù)據(jù)收集

4.3.1地基CO2濃度

在評估區(qū)域內(nèi)進行地基CO2濃度的觀測，觀測要素包括CO2濃度與CO2通量。

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觀測點應(yīng)具有較大的區(qū)域或氣候系統(tǒng)代表性；宜選擇高山站、雷達站或城市高樓等在當?shù)鼐哂幸欢?/p>

高度（超過當?shù)毓趯樱┖蛥^(qū)域代表性的地點；四周應(yīng)開闊、空氣自然流暢，避免受到局部地形、建筑等

障礙物影響；具體站點建設(shè)和觀測規(guī)范參考中國氣象局《高精度溫室氣體二氧化碳濃度自動觀測系統(tǒng)建

設(shè)指南》。

評估區(qū)域內(nèi)存在局地污染源時，應(yīng)選擇在局地污染源主導風向的下風方向或污染源附近開展CO2濃度觀

測。

4.3.2碳衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)

評估時空范圍內(nèi)的四顆在軌運行的碳衛(wèi)星（GOSAT、GOSAT-2、0CO-2和0CO-3）CO2柱濃度數(shù)據(jù)。

4.3.3輔助數(shù)據(jù)

評估時空邊界內(nèi)無CO2濃度觀測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)情況下，基于CO2大氣本底觀測數(shù)據(jù)和其它輔助

數(shù)據(jù)進行推算CO2濃度（附錄A）。

站點的數(shù)據(jù)進行格點化處理（附錄B）。

4.4碳源匯同化反演

碳源匯的大氣同化反演基于大氣傳輸模型、生態(tài)系統(tǒng)模型以及陸表通量交換模型等完成人為碳通量

和自然碳通量同步反演。主要包括關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化、數(shù)值模擬計算和迭代最優(yōu)解求解三個部分。

圖2碳源匯的同化反演流程

4.4.1關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化

基于觀測站點的風速、氣溫和降水等大氣邊界氣象場數(shù)據(jù)，對生態(tài)模型光合與呼吸模塊的關(guān)鍵參數(shù)進

行分區(qū)優(yōu)化和實時校準優(yōu)化；基于不同的敏感性實驗結(jié)果（如擾動樣本實驗、邊界場實驗、滯后窗口實驗、

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化學機制實驗和空間分辨率實驗），設(shè)定同化系統(tǒng)的參數(shù)。

將構(gòu)建的初始CO2濃度場和生態(tài)系統(tǒng)模型參數(shù)輸入至大氣輸送模型中，進行優(yōu)化模擬，得到模擬的CO2

濃度場。

4.4.2數(shù)值模式計算

1）對污染物進行化學譜分配、空間分配和時間分配，形成污染物排放數(shù)據(jù)。

2）在數(shù)值模式中輸入模擬的CO2濃度場，衛(wèi)星遙感CO2柱濃度、大氣CO2濃度和排放數(shù)據(jù)，進行數(shù)值同

化模擬，得出優(yōu)化后的CO2通量。

4.4.2迭代最優(yōu)求解

將優(yōu)化后的CO2通量作為初始濃度場，輸入到大氣輸送模型中，重復(fù)開始同化過程，直至最優(yōu)解逼近真

實觀測值，求解出格點上的人為碳通量和自然碳通量。

4.5結(jié)果驗證

碳源匯大氣同化反演方法得到的人為碳通量和自然碳通量，與站點CO2通量觀測結(jié)果進行對比，調(diào)整優(yōu)

化溫室氣體傳輸模式光合與呼吸模塊的碳循環(huán)關(guān)鍵參數(shù)。

4.6報告編制

出具碳源匯評估報告，按照附錄B進行編制。

4

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A

A

附錄A（規(guī)范性）基于CO推算CO2濃度

基于CO2和CO伴生比例關(guān)系對CO2通量進行反演。推算流程如A.1所示：

圖A.1基于CO原始場進行優(yōu)化的CO2濃度推算流程

1、基于外層模擬為內(nèi)層模擬提供邊界場。準備邊界場、初始場、氣象場及CO原始通量。氣象場來

自FNL再分析數(shù)據(jù)，CO原始通量可以來源于站點觀測數(shù)據(jù)進行插值后的格點數(shù)據(jù)（插值方法見附錄B），

也可以是來自于排放清單。

2、將邊界場、初始場、氣象場及CO原始通量輸入進行系統(tǒng)參數(shù)進行設(shè)置后的同化算法中進行同化

計算，得出最優(yōu)CO通量。

3、計算CO2/CO排放比R，采用排放清單中評估區(qū)域內(nèi)的C02,CO通量，計算研究區(qū)域內(nèi)的R比值。

4、根據(jù)反演優(yōu)化后的CO通量和R，按照公式計算格點上最優(yōu)CO2通量。

CO2CO

表示最優(yōu)CO2通量，為反演得到M的CO最=優(yōu)M通量×R，是格點上基于排放清單提取的CO2/CO排放

比。MCO2MCOR

5、進入下一同化窗口，進行迭代計算，得出最后結(jié)果。

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附錄B（規(guī)范性）站點的數(shù)據(jù)格點化方法

對于站點觀測的CO2濃度數(shù)據(jù)，可利用Anuspline薄盤光滑樣條插值法對站點觀測數(shù)據(jù)進行插值，

該插值方法采用平滑樣條函數(shù)對多變量數(shù)據(jù)進行分析和插值，即使用函數(shù)逼近曲面的一種方法，它能夠

對數(shù)據(jù)進行合理的統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)診斷，并可以對數(shù)據(jù)的空間分布進行分析進而實現(xiàn)空間插值的功能，

可使用軟件Anuspline軟件，計算公式見公式(B.1)。

式中：??=?(??,??,??)+???=1,2,3?,??????????.1

——因變量觀測值；

??——未知的連續(xù)平滑函數(shù)，可按照公式(B.2)計算；

?——分別是作為自變量的數(shù)據(jù)點的經(jīng)度、緯度和高程。

??,—??,—??誤差項。

?

???

????

式中：?(?)=