T_GZQXXH 0005-2023 贵州省碳源汇评估规范.pdf

ICS 07.060 CCS GZQXXH A47 贵州省气象学会团体标准 T/GZQXXH 00052023 贵州省碳源汇评估规范 Evaluation criteria of carbon source and sink in Guizhou province 2023-08-30 发布 2023-09-01 实施 贵州省气象学会 发 布 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 碳源汇评估流程.2 5 碳源汇评估方法.2 5.1 评估区域时空边界选取.2 5.2 大气多源 CO2数据收集处理.3 5.3 碳源汇同化反演.3 5.3.1 关键参数优化.3 5.3.2 数值模式计算.3 5.3.3 迭代最优求解.3 5.4 结果验证.4 5.5 报告编制.4 附录A （规范性）.5 基于 CO 浓度推算 CO2浓度.5 附录B （规范性）.6 站点的数据格点化方法.6 附录C （资料性）区域碳源汇监测评估报告编制大纲.7 参考文献.8 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由贵州省气象学会提出并归口。本文件起草单位：贵州风云气象技术有限公司、贵州绿色产业技术研究院、贵州省山地环境气候研究所、贵州省生态气象和卫星遥感中心、贵州省大气探测中心。本文件主要起草人：廖留峰、古书鸿、段莹、王强、丁立国、张波、廖瑶、张玉珂。贵州省碳源汇评估规范 1 范围 本文件规定了贵州省碳源汇评估流程、大气多源二氧化碳数据的收集处理、碳源汇同化反演方法及报告编制模板。本文件适用于贵州省、市、区域的碳源汇评估。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。QX/T 125 温室气体本底观测术语 QX/T 174 大气成分站 选址要求 QX/T 1182020 气象观测资料质量控制 地面 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 大气多源 CO2数据 Multi-source of atmospheric CO2 data 高精度的地基 CO2浓度观测、碳卫星柱CO2浓度以及基于辅助观测数据推算获取的CO2浓度数据的综合。3.2 大气传输模式 Atmospheric transport model 表征大气层中复杂的物理和化学过程，辐射能在大气中传输过程、传输特性及其规律的模式。3.3 生态系统模型 Ecosystem model 用数学符号和数学方程式表征生态系统各成员相互关系和功能作用之间的定量表述，对生态系统结构与功能作抽象的或形式的描述。3.4 数据同化 Data assimilation 把不同来源、不同分辨率、直接和间接的观测数据，与动态模型进行集成，生成具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的各种地表状态的数据集。3.5 碳源汇同化反演 Inversion of carbon source and sink assimilation 利用观测数据对大气多源 CO2数据进行自上而下的约束更新，模拟其传输过程，以得到真实的碳源量和碳汇量。3.6 碳源量 Carbon sources 向大气中释放 CO2的过程、活动或机制导致的碳的循环运动的通量总和。如人为燃烧化石燃料，以及清除森林和植被等人类活动导致的 CO2的释放通量。3.7 碳汇量 Carbon sink 自然界从大气中吸收或清除 CO2的过程、活动或机制中产生的碳通量的总和。4 碳源汇评估流程 碳源汇监测评估的总体流程主要包括五个部分：评估区域时空边界选取、大气多源 CO2浓度观测数据收集处理、碳源汇同化反演、结果验证和报告制作。评估区域时空边界选取大气多源CO2数据收集处理地基CO2浓度观测资料辅助观测资料碳卫星遥感资料碳源汇同化反演碳源量碳汇量结果验证报告编制排放清单气象观测数据卫星遥感数据CO2通量数据 图1 区域碳源汇同化反演评估流程 5 碳源汇评估方法 5.1 评估区域时空边界选取 根据评估目的，确定碳源汇评估的地理边界，评估区域可以是行政单元，如省、市、县、乡、村，也可是某个功能区等，并确定评估的时间边界(起止年份)。5.2 大气多源 CO2数据收集处理 5.2.1 数据收集 大气多源CO2数据收集包括地基CO2观测数据、碳卫星遥感数据以及其他与CO2浓度有关的辅助数据。地基 CO2观测数据指在评估区域内进行的地基 CO2浓度观测，观测要素包括 CO2浓度与 CO2通量。观测点应具有较大的区域或气候系统代表性；宜选择高山站、雷达站或城市高楼等在当地具有一定高度（超过当地冠层）和区域代表性的地点；四周应开阔、空气自然流畅，避免受到局部地形、建筑等障碍物影响；评估区域内存在局地污染源时，应选择在局地污染源主导风向的下风方向或污染源附近开展 CO2浓度观测。具体站点建设和观测规范参考中国气象局 高精度温室气体二氧化碳浓度自动观测系统建设指南。碳卫星遥感数据包括评估时空范围内的在轨运行的碳卫星 CO2柱浓度数据。辅助数据指评估时空边界内无 CO2浓度观测数据和遥感数据情况下，基于 CO2大气本底观测数据和其它辅助数据进行推算 CO2浓度（附录 A）。5.2.2 数据同化处理 收集的大气多源CO2数据进行数据同化，站点的数据进行格点化处理（附录B）。5.3 碳源汇同化反演 碳源汇同化反演基于大气传输模型、生态系统模型以及陆表通量交换模型等进行碳汇量和碳源量的同步反演。主要包括关键参数优化、数值模拟计算和迭代最优解求解三个部分。5.3.1 关键参数优化 基于观测站点的风速、气温和降水等大气边界气象场数据，对生态模型光合与呼吸模块的关键参数进行分区优化和实时校准优化；基于不同的敏感性实验结果（如扰动样本实验、边界场实验、滞后窗口实验、化学机制实验和空间分辨率实验），设定同化系统的参数。将构建的初始 CO2浓度场和生态系统模型参数输入至大气输送模型中，进行优化模拟，得到模拟的 CO2浓度场。5.3.2 数值模式计算 根据评估区域的污染物特征，选取排放清单，对污染物进行化学谱分配、空间分配和时间分配，形成污染物排放数据，输入大气数值模式中。在数值模式中输入模拟的 CO2浓度场，卫星遥感 CO2柱浓度、大气 CO2浓度和排放数据，进行数值同化模拟，得出优化后的CO2通量。5.3.3 迭代最优求解 将优化后的CO2通量作为初始浓度场，输入到大气输送模型中，重复开始同化过程，直至最优解逼近真实观测值，求解出格点上的碳源量和碳汇量。5.4 结果验证 碳源汇同化反演结果与站点CO2通量观测结果进行对比，进行结果验证。5.5 报告编制 出具碳源汇评估报告，按照附录 C 进行编制。A A 附录A（规范性）基于 CO 浓度推算 CO2浓度 基于CO2和CO伴生比例关系对CO2通量进行反演。推算流程如A.1所示：边界层初始场系统参数气象场CO原始场同化算法最优CO通量R比值最优CO2通量排放清单最优CO、CO2通量 图A.1 基于CO原始场进行优化的CO2浓度推算流程 1、基于外层模拟为内层模拟提供边界场。准备边界场、初始场、气象场及CO原始通量。气象场来自FNL再分析数据，CO原始通量可以来源于站点观测数据进行插值后的格点数据（插值方法见附录B），也可以是来自于排放清单。2、将边界场、初始场、气象场及CO原始通量输入进行系统参数进行设置后的同化算法中进行同化计算，得出最优CO通量。3、计算CO2/CO排放比R，采用排放清单中评估区域内的C02,CO通量，计算研究区域内的R比值。4、根据反演优化后的CO通量和R，按照公式计算格点上最优CO2通量。MCO2=MCO R MCO2表示最优CO2通量，MCO为反演得到的CO最优通量，R是格点上基于排放清单提取的CO2/CO排放比。5、进入下一同化窗口，进行迭代计算，得出最后结果。附录B（规范性）站点的数据格点化方法 对于站点观测的 CO2 浓度数据，可利用 Anuspline 薄盘光滑样条插值法对站点观测数据进行插值，该插值方法采用平滑样条函数对多变量数据进行分析和插值，即使用函数逼近曲面的一种方法，它能够对数据进行合理的统计分析和数据诊断，并可以对数据的空间分布进行分析进而实现空间插值的功能，可使用软件 Anuspline 软件，计算公式见公式(B.1)。=(,)+=1,2,3,.1 式中：因变量观测值；未知的连续平滑函数，可按照公式(B.2)计算；,分别是作为自变量的数据点的经度、纬度和高程。误差项。()=()+()(.2)式中：是低次多项式的个数，由自变量的维数、协同变量数等决定；单项式序数；未知系数；第个单项式；观测数；未知系数；的函数；和的距离。公式(B.2)右边的第一项代表局部趋势函数，第二项代表基本函数。插值生成的气候曲面(surface)是一组样条函数多项式，表达的是气候变量在插值区域内沿水平和垂直方向发生的变化规律，本身不具有空间分辨率的内涵，之后借助数字高程（DEM）提供的三维空间 信息，即可求算插值区域内任意一点的气候变量内插值。附录C（资料性）区域碳源汇监测评估报告编制大纲 评估报告内容编制要素主要包括但不限于前言、评估区域概况、评估方法、数据来源和处理、关键参数优化、区域碳源汇量和空间格局、结论和附录等。编制大纲示例见图 C.1。图 C.1 评估区域碳源汇评估报告大纲参考样例 参考文献 1、鲁立江，区域高分辨率碳同化系统研发及人为碳排放估算研究D，中国矿业大学，2020.2、金哲,汪涛,张洪芹等，基于中国大气反演系统的卫星CO2数据同化对全球碳收支的评估J,中国科学：地球科学，2023，53（03）:587597.3、朴世龙,何悦,王旭辉等，中国陆地生态系统碳汇估算:方法、进展、展望J,中国科学：地球科学，2022，52（06）:1010 1020.4、Baozhang Chen,Huifang Zhang,Tao Wang,Xiaoye Zhang.An atmospheric perspective on the carbon budgets of terrestrial ecosystems in China:progress and challengesJ.https:/doi.org/10.1016/j.scib.2021.05.017.