检测网络中的巨大差距困扰着排放监测_风闻

填补空白以测量破坏臭氧的化学品和温室气体，并验证是否符合巴黎和蒙特利尔条约。

在 1987 年蒙特利尔议定书签署后的几十年里，似乎一切都在恢复地球保护性平流层臭氧层的轨道上。然后，在 2018 年，出现了一个令人震惊的发现：禁用的氯氟烃-11 (CFC-11) 的新排放，它破坏了臭氧层。其生产和使用已于 2010 年在全球范围内被禁止。

这是一个警钟。但这种意外不会是最后一次，除非尽快采取措施改善对破坏臭氧层和导致气候变化的其他气体的监测。

《蒙特利尔议定书》被誉为成功条约的光辉典范：它得到了普遍批准。然而，正如 CFC-11 事件所表明的那样，如果不能保证个别各方的遵守，即使是最好的条约也不能得到维护，或者执行最好的法规。由于这个原因，许多地方和区域空气质量政策未能实现其目标。纠正措施需要知道正在排放什么、数量和地点。

诀窍是“信任但要核实”，正如人们常说的核裁军。这一原则是成功的《全面禁止核试验条约》的基础，该条约负责监督全球主要地区大气中诊断性放射性核素和同位素的测量和追踪。确保我们星球的健康与核安全一样重要。

化学家可以帮助解决空气污染健康危机

当今的许多环境条约都依赖于“自下而上”的报告。蒙特利尔议定书取决于对氯氟烃和其他卤化气体的生产和消费的国民核算。当然，不报告非法或虚假生产和排放，如 CFC-11 示例。最终，大气会发生什么取决于实际排放量。此外，在一个地方制造的产品最终可能会在其他地方产生排放。因此，逐国报告是一种不完整且可能不可靠的本地和区域排放跟踪方式。同样，巴黎协定依赖于各国量化自己的温室气体排放量。

幸运的是，排放也被“自上而下”地绘制和统计。卫星和全球监测站提供了大气中持续存在的气体丰度的总体情况。这种全球监测可以量化报告的总量与大气中累积量之间的不匹配。但是特定的来源很难从太空归零。

为了在国家或区域层面采取行动，需要地面观测。此类站点的网络存在，但覆盖范围存在巨大漏洞，特别是在低收入和中等收入地区，随着国家的发展，这些地区的排放量可能会增加。必须紧急填补这些监测空白。

侦探工作

卫星和全球监测测量证实，《蒙特利尔议定书》几十年来总体上运行得非常好。自 1993 年达到峰值以来，大气中的氯氟烃 (CFC) 含量已经下降1。

但在 2018 年，研究人员报告说，大气中 CFC-11 浓度的下降在 2012 年开始放缓2。与此同时，东海的韩国和日本空气监测站检测到气体浓度升高。大气传输模型随后表明，全球检测到的大部分新排放来自中国东部3。

《纽约时报》的一项调查确定了这些排放的主要来源。这是中国聚氨酯泡沫保温材料的生产，具有讽刺意味的是，部分原因是改善建筑保温材料以减少供暖和制冷能源消耗的压力4– 6。正在进行的大气监测表明，这些排放现在已基本停止，无论是在全球7还是在中国东部8。

这是一项伟大的侦探工作。但它依赖于一个幸运的巧合：排放来自频繁收集数据的监测站的上风区域。

下次不太可能出现这种情况。

卢旺达穆戈戈山天然气观测站是近五年来唯一新建的观测站。图片来源：卢旺达教育部 (MINEDUC)

守望

目前有几个观测网络测量消耗臭氧层并使地球变暖的大气气体的分布和趋势。它们包括基于地面的国际合作，例如大气成分变化检测网络 (NDACC)，它使用远程光学传感器来收集全球气体浓度变化的信息。还有基于飞机的测量程序。一些使用民航，一些是政府资助的；这些可以识别本地排放，但只是零星的。

卫星可以跟踪平流层中 CFC-11 和其他长寿命物质的演变。它们还可以帮助确定当地排放的大量温室气体，包括二氧化碳和甲烷。但它们无法以足够的灵敏度测量靠近地表的许多其他有害气体。此外，卫星只是周期性地经过，无法穿透云层。

目前，量化区域排放量最准确、最准确的方法是来自地面。

此类高频测量的主要网络由高级全球大气气体实验 (AGAGE) 国际联盟和美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 运营。这些是发现和绘制意外 CFC-11 排放量的关键。

这样的网络可以提供大量信息。使用自动化质谱和光学技术的站点现在可以每小时或更频繁地测量 50 多种气体的精确浓度（参见“气体监测”）。或者，可以将空气样本收集在烧瓶中并送到中心实验室进行分析。

煤气表地面站监测 50 多种气体，浓度从百万分之一到万亿分之一不等。这些包括：

二氧化碳（CO 2）。最丰富和最长寿的温室气体。

甲烷（CH 4）。一种短暂而有效的温室气体。

一氧化二氮（N 2 O）。一种长寿命的消耗臭氧层物质和温室气体。

氯氟烃 (CFC)。根据《蒙特利尔议定书》逐步淘汰的消耗臭氧层的工业化学品和温室气体。

氢氯氟烃 (HCFC)。取代氟氯化碳的更温和、消耗臭氧层的工业化学品；现在也被淘汰了。

氢氟烃 (HFC)。取代 CFC 和 HCFC 的工业化学品。它们不会消耗臭氧层，但许多是强效温室气体。

完全氟化的碳、硫和氮气体。它们是最有效和寿命最长的温室气体，它们来自高科技行业。

哈龙。含溴工业气体是最有效的臭氧消耗物质之一。根据《蒙特利尔议定书》，它们在很大程度上已被淘汰。

氯烃和溴烃。各种含有氯或溴的天然和人为破坏臭氧层的化合物。

只要观测站不被当地污染所淹没，观测站通常对它们周围约 2,000 公里范围内发生的排放物很敏感。包含空气流动模式、天气和测量气体浓度变化的模型然后可以将排放追溯到它们的源区。通过随着时间的推移整合这些模型，可以在每个站点的“足迹”区域内绘制和量化排放。这就是华东地区 CFC-11 排放的情况3 , 8。

问题是存在巨大的盲点。AGAGE 和 NOAA 台站（参见“排放跟踪差距”）9覆盖了发达国家的大部分地区。从东亚、北美中部和西欧等地区采样的潜在排放量相对较好。未涵盖的地区包括南亚、西亚和中亚、东欧、整个南美洲、北美部分地区、东南亚大部分地区、澳大利亚和新西兰以及非洲大部分地区。随着工业和经济的发展，其中许多地区的排放量预计会增加。

资料来源：参考。9 由卢克·韦斯特大学提供。英国气象局 Bristol & Alistair Manning

迄今为止，AGAGE、NOAA 和其他地面观测网络的扩展主要是临时性的。它们是由个别研究人员的科学兴趣和需求、东道国和支持实体的资助兴趣和政策优先事项以及必要基础设施和后勤支持的可用性共同推动的。大多数车站都有几十年的历史。在过去的五年里，卢旺达只建立了一个新站。

为了满足《蒙特利尔议定书》或《巴黎协定》的需求，世界需要一种更系统、更协调的国际方法来建设更多台站。联合国环境规划署的臭氧秘书处负责《蒙特利尔议定书》，是其领域内物质的此类努力的潜在协调员。联合国气候变化框架公约和世界气象组织也可以发挥重要作用，特别是在巴黎协定涵盖的强效合成温室气体（如氟化气体）的排放方面。

理想情况下，新站应位于排放区域的下风处，远离污染的城市地点。为了确定提议的地点是否合适，研究人员可以使用观察系统模拟实验。这些模型模拟了大气传输模式的季节性和年度变化。能够进行高频测量的仪器在一个地方长时间连续运行时最有用。

建设全球地球观测站

在 1987 年蒙特利尔议定书签署后的几十年里，似乎一切都在恢复地球保护性平流层臭氧层的轨道上。然后，在 2018 年，出现了一个令人震惊的发现：禁用的氯氟烃-11 (CFC-11) 的新排放，它破坏了臭氧层。其生产和使用已于 2010 年在全球范围内被禁止。

这是一个警钟。但这种意外不会是最后一次，除非尽快采取措施改善对破坏臭氧层和导致气候变化的其他气体的监测。

《蒙特利尔议定书》被誉为成功条约的光辉典范：它得到了普遍批准。然而，正如 CFC-11 事件所表明的那样，如果不能保证个别各方的遵守，即使是最好的条约也不能得到维护，或者执行最好的法规。由于这个原因，许多地方和区域空气质量政策未能实现其目标。纠正措施需要知道正在排放什么、数量和地点。

诀窍是“信任但要核实”，正如人们常说的核裁军。这一原则是成功的《全面禁止核试验条约》的基础，该条约负责监督全球主要地区大气中诊断性放射性核素和同位素的测量和追踪。确保我们星球的健康与核安全一样重要。

化学家可以帮助解决空气污染健康危机

当今的许多环境条约都依赖于“自下而上”的报告。蒙特利尔议定书取决于对氯氟烃和其他卤化气体的生产和消费的国民核算。当然，不报告非法或虚假生产和排放，如 CFC-11 示例。最终，大气会发生什么取决于实际排放量。此外，在一个地方制造的产品最终可能会在其他地方产生排放。因此，逐国报告是一种不完整且可能不可靠的本地和区域排放跟踪方式。同样，巴黎协定依赖于各国量化自己的温室气体排放量。

幸运的是，排放也被“自上而下”地绘制和统计。卫星和全球监测站提供了大气中持续存在的气体丰度的总体情况。这种全球监测可以量化报告的总量与大气中累积量之间的不匹配。但是特定的来源很难从太空归零。

为了在国家或区域层面采取行动，需要地面观测。此类站点的网络存在，但覆盖范围存在巨大漏洞，特别是在低收入和中等收入地区，随着国家的发展，这些地区的排放量可能会增加。必须紧急填补这些监测空白。

侦探工作

卫星和全球监测测量证实，《蒙特利尔议定书》几十年来总体上运行得非常好。自 1993 年达到峰值以来，大气中的氯氟烃 (CFC) 含量已经下降1。

但在 2018 年，研究人员报告说，大气中 CFC-11 浓度的下降在 2012 年开始放缓2。与此同时，东海的韩国和日本空气监测站检测到气体浓度升高。大气传输模型随后表明，全球检测到的大部分新排放来自中国东部3。

《纽约时报》的一项调查确定了这些排放的主要来源。这是中国聚氨酯泡沫保温材料的生产，具有讽刺意味的是，部分原因是改善建筑保温材料以减少供暖和制冷能源消耗的压力4– 6。正在进行的大气监测表明，这些排放现在已基本停止，无论是在全球7还是在中国东部8。

这是一项伟大的侦探工作。但它依赖于一个幸运的巧合：排放来自频繁收集数据的监测站的上风区域。

下次不太可能出现这种情况。

卢旺达穆戈戈山天然气观测站是近五年来唯一新建的观测站。图片来源：卢旺达教育部 (MINEDUC)

守望

目前有几个观测网络测量消耗臭氧层并使地球变暖的大气气体的分布和趋势。它们包括基于地面的国际合作，例如大气成分变化检测网络 (NDACC)，它使用远程光学传感器来收集全球气体浓度变化的信息。还有基于飞机的测量程序。一些使用民航，一些是政府资助的；这些可以识别本地排放，但只是零星的。

卫星可以跟踪平流层中 CFC-11 和其他长寿命物质的演变。它们还可以帮助确定当地排放的大量温室气体，包括二氧化碳和甲烷。但它们无法以足够的灵敏度测量靠近地表的许多其他有害气体。此外，卫星只是周期性地经过，无法穿透云层。

目前，量化区域排放量最准确、最准确的方法是来自地面。

此类高频测量的主要网络由高级全球大气气体实验 (AGAGE) 国际联盟和美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 运营。这些是发现和绘制意外 CFC-11 排放量的关键。

这样的网络可以提供大量信息。使用自动化质谱和光学技术的站点现在可以每小时或更频繁地测量 50 多种气体的精确浓度（参见“气体监测”）。或者，可以将空气样本收集在烧瓶中并送到中心实验室进行分析。

煤气表地面站监测 50 多种气体，浓度从百万分之一到万亿分之一不等。这些包括：

二氧化碳（CO 2）。最丰富和最长寿的温室气体。

甲烷（CH 4）。一种短暂而有效的温室气体。

一氧化二氮（N 2 O）。一种长寿命的消耗臭氧层物质和温室气体。

氯氟烃 (CFC)。根据《蒙特利尔议定书》逐步淘汰的消耗臭氧层的工业化学品和温室气体。

氢氯氟烃 (HCFC)。取代氟氯化碳的更温和、消耗臭氧层的工业化学品；现在也被淘汰了。

氢氟烃 (HFC)。取代 CFC 和 HCFC 的工业化学品。它们不会消耗臭氧层，但许多是强效温室气体。

完全氟化的碳、硫和氮气体。它们是最有效和寿命最长的温室气体，它们来自高科技行业。

哈龙。含溴工业气体是最有效的臭氧消耗物质之一。根据《蒙特利尔议定书》，它们在很大程度上已被淘汰。

氯烃和溴烃。各种含有氯或溴的天然和人为破坏臭氧层的化合物。

只要观测站不被当地污染所淹没，观测站通常对它们周围约 2,000 公里范围内发生的排放物很敏感。包含空气流动模式、天气和测量气体浓度变化的模型然后可以将排放追溯到它们的源区。通过随着时间的推移整合这些模型，可以在每个站点的“足迹”区域内绘制和量化排放。这就是华东地区 CFC-11 排放的情况3 , 8。

问题是存在巨大的盲点。AGAGE 和 NOAA 台站（参见“排放跟踪差距”）9覆盖了发达国家的大部分地区。从东亚、北美中部和西欧等地区采样的潜在排放量相对较好。未涵盖的地区包括南亚、西亚和中亚、东欧、整个南美洲、北美部分地区、东南亚大部分地区、澳大利亚和新西兰以及非洲大部分地区。随着工业和经济的发展，其中许多地区的排放量预计会增加。

资料来源：参考。9 由卢克·韦斯特大学提供。英国气象局 Bristol & Alistair Manning

迄今为止，AGAGE、NOAA 和其他地面观测网络的扩展主要是临时性的。它们是由个别研究人员的科学兴趣和需求、东道国和支持实体的资助兴趣和政策优先事项以及必要基础设施和后勤支持的可用性共同推动的。大多数车站都有几十年的历史。在过去的五年里，卢旺达只建立了一个新站。

为了满足《蒙特利尔议定书》或《巴黎协定》的需求，世界需要一种更系统、更协调的国际方法来建设更多台站。联合国环境规划署的臭氧秘书处负责《蒙特利尔议定书》，是其领域内物质的此类努力的潜在协调员。联合国气候变化框架公约和世界气象组织也可以发挥重要作用，特别是在巴黎协定涵盖的强效合成温室气体（如氟化气体）的排放方面。

理想情况下，新站应位于排放区域的下风处，远离污染的城市地点。为了确定提议的地点是否合适，研究人员可以使用观察系统模拟实验。这些模型模拟了大气传输模式的季节性和年度变化。能够进行高频测量的仪器在一个地方长时间连续运行时最有用。

建设全球地球观测站

烧瓶采样可用于扩大感兴趣区域的覆盖范围。在中心实验室测量的烧瓶样本还可以发现和纠正不同站点或程序之间的系统偏差。为科学分析和政策生成高质量数据都需要严格的校准、验证和标准化技术。最重要的是，这些数据及其解释算法必须可供政策制定者、监管机构和公众公开使用，就像 AGAGE 和 NOAA 网络的情况一样。

我们估计，在现有网络中增加大约两打精心挑选的电台将提供良好的全球区域覆盖。这些站点将监测其国界内和邻国的排放量。这将建立对全球网络的国际信心。

钱花得很好

再多两打站要多少钱？建立约 3500 万美元，加上每年运营 400 万至 500 万美元。我们估计建立一个高频测量站大约需要 100 万美元，加上仪器和辅助设备的大约 40 万美元。每个站点的年运营成本约为 200,000 美元，这在很大程度上取决于人员成本。理论上，慈善组织可以资助这样的项目，从而确保其不受国家偏见的影响。

与危在旦夕的东西相比，这个价格标签是最小的。因为许多部署可能在低收入或中等收入国家，他们也会在那里建立科学能力。这有助于为扩大这些地区的其他观测和建模能力奠定基础，包括与气候相关的能力。

几十年来，《全面禁止核试验条约》的80个大气观测站成功地监测了世界并发出了核泄漏警告。用于测量和模拟各种危险气体的区域排放的类似网络对于负责任的环境政策和管理至关重要。

我们无法管理我们无法衡量的东西。从长远来看，投资更多地面高频监测站将带来巨大回报。这是确保蒙特利尔和巴黎条约规定的问责制的必要条件。

烧瓶采样可用于扩大感兴趣区域的覆盖范围。在中心实验室测量的烧瓶样本还可以发现和纠正不同站点或程序之间的系统偏差。为科学分析和政策生成高质量数据都需要严格的校准、验证和标准化技术。最重要的是，这些数据及其解释算法必须可供政策制定者、监管机构和公众公开使用，就像 AGAGE 和 NOAA 网络的情况一样。

我们估计，在现有网络中增加大约两打精心挑选的电台将提供良好的全球区域覆盖。这些站点将监测其国界内和邻国的排放量。这将建立对全球网络的国际信心。

钱花得很好

再多两打站要多少钱？建立约 3500 万美元，加上每年运营 400 万至 500 万美元。我们估计建立一个高频测量站大约需要 100 万美元，加上仪器和辅助设备的大约 40 万美元。每个站点的年运营成本约为 200,000 美元，这在很大程度上取决于人员成本。理论上，慈善组织可以资助这样的项目，从而确保其不受国家偏见的影响。

与危在旦夕的东西相比，这个价格标签是最小的。因为许多部署可能在低收入或中等收入国家，他们也会在那里建立科学能力。这有助于为扩大这些地区的其他观测和建模能力奠定基础，包括与气候相关的能力。

几十年来，《全面禁止核试验条约》的80个大气观测站成功地监测了世界并发出了核泄漏警告。用于测量和模拟各种危险气体的区域排放的类似网络对于负责任的环境政策和管理至关重要。

我们无法管理我们无法衡量的东西。从长远来看，投资更多地面高频监测站将带来巨大回报。这是确保蒙特利尔和巴黎条约规定的问责制的必要条件。