一文搞懂：什么是城市碳通量，如何测量碳通量

城市生态系统碳通量是指单位时间内流经城市的CO₂量，城市碳通量的监测是实现“碳达峰、碳中和”的基础工作。相比较于自然生态碳循环，城市CO₂循环包含了人为过程碳循环和自然过程碳循环，其中有分别涉及垂直尺度碳交换和水平尺度碳交换。

城市的生态系统中碳源占比非常大，城市的碳通量评估城市双碳工作的一个重要尺度，是地区性生化循环的重要驱动者和影响因素。城市是工业文明的聚集地，城市的碳通量具有非常明显的周期性变化，主要体现在日、周和季度时间周期内，比如早晚上下班高峰对碳通量的影响，季节性的取暖方式改变对碳通量的影响等。另外城市碳通量也与区域方位有重要联系，工业生产的聚集带，人民生活区的聚集区域、城市生态园林区域的碳通量都呈现出不同的波谷变化特征。

城市双碳管理工作不仅要从传统的宏观统计层面进行把控，更需要根据实际的碳通量数据来进行区域碳排放历史及未来变化趋势的多方位评估，让双碳目标实施成效的衡量多一把更客观、实时的尺子，具体碳通量评估的意义主要体现在以下四点：

（1）估清分布。了解该地区碳通量的时空变化数值，确定植被、居民区以及人类活动对二氧化碳通量以及大气层二氧化碳浓度的变化中所扮演的角色。

（2）摸清现状。对比不同人类活动前后碳通量的变化，摸清不同人类活动对碳通量的贡献度，为政府制定排放目标和减排政策提供数据支撑。

（3）厘清趋势。厘清该地区碳源汇分布情况，为预测地区气候变化提供依据，助力区域碳达峰、碳中和。

（4）精准施策。从量值尺度动态评估城市生态系统区域内的碳收支贡献影响因子，对城市规划、管理方式和土地利用方式等进行有力的指导。

碳通量的监测评估有重要意义，那么目前国内关于碳通量的分析和计量大概处于一个什么样的现状呢？

（1）国内尚未形成规划化的温室气体及碳通量监测站点。

（2）部分城市虽已完成温室气体监测站点建设，并展开相关监测，但在建设碳通量试点城市时对监测点位有了新要求。

（3）多数站点未接触涡度协方差技术模型，监测人员未掌握碳通量的建模及运算过程。

计算碳通量的方法主要可以归类为箱式法、微气象学法、模型法、化学法以及同位素法等。根据不同方法的适用条件，具有各自的优缺点。在这些方法中涡度相关法自90年代以后，成为了碳通量观测中的主流方法，并且形成了全球性的联网观测（GAW），是现阶段唯一能够直接测定生态系统通量的标准方法。

Fluxnet 2015

涡度相关技术是对大气与生态系统间能量和物质交换进行非破坏性测定的一种微气象技术，是通过计算物理量（温度、CO₂、H₂O等）和垂直风速的协方差来求湍流通量。涡度相关法可以测得生态系统长期或短期的环境变量，使人类能定量理解生态系统中水和二氧化碳的交换过程，更深入的了解气候变化对生态环境所造成的影响。

监测点位布设以区分本地CO₂排放和区域传输为目标，兼顾区分人为源和自然源，综合考虑城市海路特征、气候条件、CO₂大气浓度分布等因素。既能反应主要温室气体排放空间分布特征（普通精度），又能反应主要温室气体排放空间分布特征（高精度）。覆盖城市CO₂低、中、高浓度值区（每个浓度值区域至少布置2个点位），同时在城市主导风向和次主导风向各布设一个点位，形成基于环绕城市沿主要风上下游对称的监测点位。

碳通量计算方法-涡度协方差公式：

式中F为碳通量，为垂直尺度上风速，为垂直尺度上风速脉动值，为CO₂实时浓度，为CO₂浓度脉动值。

从碳通量的计算原理可以看出，用监测手段来实时评估碳通量需要关注实时风速、CO₂实时浓度，并在考虑浓度和风速脉动需具备一定分辨率精度要求的前提下需要仪器具有较好的采样频率。

空气中的湍流有大有小，部分湍流气团运动快，部分湍流气团运动慢，如果采样频率小于10Hz时，有些气团的运动就捕捉不到，当采样频率大于10Hz时，数据结果与10Hz采样频率的结果是一致的，所以仪器的采样频率一般设置为10Hz。基于光谱法的高精度温室气体监测仪，可实现温室气体的快速采样和实时检测，在不低于10HZ的采样频率一下，实现高精度气体检测出数，搭配高精度的动态三维风速监测设备实现对区域内不同尺度的碳通量实时测量分析，并能根据现场工况进行灵活布置，满足塔顶到塔底的多尺度测量。

辅助人工核算手段，为碳达峰碳中和工作提供客观可靠的数据支撑，建立基于地面大气中CO₂浓度监测的自上而下的城市碳通量核算方法，对于阐明城市碳排放情况有重要意义。未来借助数字化的双碳管理平台，碳通量监测体系在碳源和碳汇的溯源工作，以及为城市生产生活规划方面提供重要的技术支持。