檢測網絡中的巨大差距困擾着排放監測_風聞

填補空白以測量破壞臭氧的化學品和温室氣體，並驗證是否符合巴黎和蒙特利爾條約。

在 1987 年蒙特利爾議定書籤署後的幾十年裏，似乎一切都在恢復地球保護性平流層臭氧層的軌道上。然後，在 2018 年，出現了一個令人震驚的發現：禁用的氯氟烴-11 (CFC-11) 的新排放，它破壞了臭氧層。其生產和使用已於 2010 年在全球範圍內被禁止。

這是一個警鐘。但這種意外不會是最後一次，除非儘快採取措施改善對破壞臭氧層和導致氣候變化的其他氣體的監測。

《蒙特利爾議定書》被譽為成功條約的光輝典範：它得到了普遍批准。然而，正如 CFC-11 事件所表明的那樣，如果不能保證個別各方的遵守，即使是最好的條約也不能得到維護，或者執行最好的法規。由於這個原因，許多地方和區域空氣質量政策未能實現其目標。糾正措施需要知道正在排放什麼、數量和地點。

訣竅是“信任但要核實”，正如人們常説的核裁軍。這一原則是成功的《全面禁止核試驗條約》的基礎，該條約負責監督全球主要地區大氣中診斷性放射性核素和同位素的測量和追蹤。確保我們星球的健康與核安全一樣重要。

化學家可以幫助解決空氣污染健康危機

當今的許多環境條約都依賴於“自下而上”的報告。蒙特利爾議定書取決於對氯氟烴和其他鹵化氣體的生產和消費的國民核算。當然，不報告非法或虛假生產和排放，如 CFC-11 示例。最終，大氣會發生什麼取決於實際排放量。此外，在一個地方製造的產品最終可能會在其他地方產生排放。因此，逐國報告是一種不完整且可能不可靠的本地和區域排放跟蹤方式。同樣，巴黎協定依賴於各國量化自己的温室氣體排放量。

幸運的是，排放也被“自上而下”地繪製和統計。衞星和全球監測站提供了大氣中持續存在的氣體丰度的總體情況。這種全球監測可以量化報告的總量與大氣中累積量之間的不匹配。但是特定的來源很難從太空歸零。

為了在國家或區域層面採取行動，需要地面觀測。此類站點的網絡存在，但覆蓋範圍存在巨大漏洞，特別是在低收入和中等收入地區，隨着國家的發展，這些地區的排放量可能會增加。必須緊急填補這些監測空白。

偵探工作

衞星和全球監測測量證實，《蒙特利爾議定書》幾十年來總體上運行得非常好。自 1993 年達到峯值以來，大氣中的氯氟烴 (CFC) 含量已經下降1。

但在 2018 年，研究人員報告説，大氣中 CFC-11 濃度的下降在 2012 年開始放緩2。與此同時，東海的韓國和日本空氣監測站檢測到氣體濃度升高。大氣傳輸模型隨後表明，全球檢測到的大部分新排放來自中國東部3。

《紐約時報》的一項調查確定了這些排放的主要來源。這是中國聚氨酯泡沫保温材料的生產，具有諷刺意味的是，部分原因是改善建築保温材料以減少供暖和製冷能源消耗的壓力4– 6。正在進行的大氣監測表明，這些排放現在已基本停止，無論是在全球7還是在中國東部8。

這是一項偉大的偵探工作。但它依賴於一個幸運的巧合：排放來自頻繁收集數據的監測站的上風區域。

下次不太可能出現這種情況。

盧旺達穆戈戈山天然氣觀測站是近五年來唯一新建的觀測站。圖片來源：盧旺達教育部 (MINEDUC)

守望

目前有幾個觀測網絡測量消耗臭氧層並使地球變暖的大氣氣體的分佈和趨勢。它們包括基於地面的國際合作，例如大氣成分變化檢測網絡 (NDACC)，它使用遠程光學傳感器來收集全球氣體濃度變化的信息。還有基於飛機的測量程序。一些使用民航，一些是政府資助的；這些可以識別本地排放，但只是零星的。

衞星可以跟蹤平流層中 CFC-11 和其他長壽命物質的演變。它們還可以幫助確定當地排放的大量温室氣體，包括二氧化碳和甲烷。但它們無法以足夠的靈敏度測量靠近地表的許多其他有害氣體。此外，衞星只是週期性地經過，無法穿透雲層。

目前，量化區域排放量最準確、最準確的方法是來自地面。

此類高頻測量的主要網絡由高級全球大氣氣體實驗 (AGAGE) 國際聯盟和美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 運營。這些是發現和繪製意外 CFC-11 排放量的關鍵。

這樣的網絡可以提供大量信息。使用自動化質譜和光學技術的站點現在可以每小時或更頻繁地測量 50 多種氣體的精確濃度（參見“氣體監測”）。或者，可以將空氣樣本收集在燒瓶中並送到中心實驗室進行分析。

煤氣表地面站監測 50 多種氣體，濃度從百萬分之一到萬億分之一不等。這些包括：

二氧化碳（CO 2）。最豐富和最長壽的温室氣體。

甲烷（CH 4）。一種短暫而有效的温室氣體。

一氧化二氮（N 2 O）。一種長壽命的消耗臭氧層物質和温室氣體。

氯氟烴 (CFC)。根據《蒙特利爾議定書》逐步淘汰的消耗臭氧層的工業化學品和温室氣體。

氫氯氟烴 (HCFC)。取代氟氯化碳的更温和、消耗臭氧層的工業化學品；現在也被淘汰了。

氫氟烴 (HFC)。取代 CFC 和 HCFC 的工業化學品。它們不會消耗臭氧層，但許多是強效温室氣體。

完全氟化的碳、硫和氮氣體。它們是最有效和壽命最長的温室氣體，它們來自高科技行業。

哈龍。含溴工業氣體是最有效的臭氧消耗物質之一。根據《蒙特利爾議定書》，它們在很大程度上已被淘汰。

氯烴和溴烴。各種含有氯或溴的天然和人為破壞臭氧層的化合物。

只要觀測站不被當地污染所淹沒，觀測站通常對它們周圍約 2,000 公里範圍內發生的排放物很敏感。包含空氣流動模式、天氣和測量氣體濃度變化的模型然後可以將排放追溯到它們的源區。通過隨着時間的推移整合這些模型，可以在每個站點的“足跡”區域內繪製和量化排放。這就是華東地區 CFC-11 排放的情況3 , 8。

問題是存在巨大的盲點。AGAGE 和 NOAA 台站（參見“排放跟蹤差距”）9覆蓋了發達國家的大部分地區。從東亞、北美中部和西歐等地區採樣的潛在排放量相對較好。未涵蓋的地區包括南亞、西亞和中亞、東歐、整個南美洲、北美部分地區、東南亞大部分地區、澳大利亞和新西蘭以及非洲大部分地區。隨着工業和經濟的發展，其中許多地區的排放量預計會增加。

資料來源：參考。9 由盧克·韋斯特大學提供。英國氣象局 Bristol & Alistair Manning

迄今為止，AGAGE、NOAA 和其他地面觀測網絡的擴展主要是臨時性的。它們是由個別研究人員的科學興趣和需求、東道國和支持實體的資助興趣和政策優先事項以及必要基礎設施和後勤支持的可用性共同推動的。大多數車站都有幾十年的歷史。在過去的五年裏，盧旺達只建立了一個新站。

為了滿足《蒙特利爾議定書》或《巴黎協定》的需求，世界需要一種更系統、更協調的國際方法來建設更多台站。聯合國環境規劃署的臭氧秘書處負責《蒙特利爾議定書》，是其領域內物質的此類努力的潛在協調員。聯合國氣候變化框架公約和世界氣象組織也可以發揮重要作用，特別是在巴黎協定涵蓋的強效合成温室氣體（如氟化氣體）的排放方面。

理想情況下，新站應位於排放區域的下風處，遠離污染的城市地點。為了確定提議的地點是否合適，研究人員可以使用觀察系統模擬實驗。這些模型模擬了大氣傳輸模式的季節性和年度變化。能夠進行高頻測量的儀器在一個地方長時間連續運行時最有用。

建設全球地球觀測站

在 1987 年蒙特利爾議定書籤署後的幾十年裏，似乎一切都在恢復地球保護性平流層臭氧層的軌道上。然後，在 2018 年，出現了一個令人震驚的發現：禁用的氯氟烴-11 (CFC-11) 的新排放，它破壞了臭氧層。其生產和使用已於 2010 年在全球範圍內被禁止。

這是一個警鐘。但這種意外不會是最後一次，除非儘快採取措施改善對破壞臭氧層和導致氣候變化的其他氣體的監測。

《蒙特利爾議定書》被譽為成功條約的光輝典範：它得到了普遍批准。然而，正如 CFC-11 事件所表明的那樣，如果不能保證個別各方的遵守，即使是最好的條約也不能得到維護，或者執行最好的法規。由於這個原因，許多地方和區域空氣質量政策未能實現其目標。糾正措施需要知道正在排放什麼、數量和地點。

訣竅是“信任但要核實”，正如人們常説的核裁軍。這一原則是成功的《全面禁止核試驗條約》的基礎，該條約負責監督全球主要地區大氣中診斷性放射性核素和同位素的測量和追蹤。確保我們星球的健康與核安全一樣重要。

化學家可以幫助解決空氣污染健康危機

當今的許多環境條約都依賴於“自下而上”的報告。蒙特利爾議定書取決於對氯氟烴和其他鹵化氣體的生產和消費的國民核算。當然，不報告非法或虛假生產和排放，如 CFC-11 示例。最終，大氣會發生什麼取決於實際排放量。此外，在一個地方製造的產品最終可能會在其他地方產生排放。因此，逐國報告是一種不完整且可能不可靠的本地和區域排放跟蹤方式。同樣，巴黎協定依賴於各國量化自己的温室氣體排放量。

幸運的是，排放也被“自上而下”地繪製和統計。衞星和全球監測站提供了大氣中持續存在的氣體丰度的總體情況。這種全球監測可以量化報告的總量與大氣中累積量之間的不匹配。但是特定的來源很難從太空歸零。

為了在國家或區域層面採取行動，需要地面觀測。此類站點的網絡存在，但覆蓋範圍存在巨大漏洞，特別是在低收入和中等收入地區，隨着國家的發展，這些地區的排放量可能會增加。必須緊急填補這些監測空白。

偵探工作

衞星和全球監測測量證實，《蒙特利爾議定書》幾十年來總體上運行得非常好。自 1993 年達到峯值以來，大氣中的氯氟烴 (CFC) 含量已經下降1。

但在 2018 年，研究人員報告説，大氣中 CFC-11 濃度的下降在 2012 年開始放緩2。與此同時，東海的韓國和日本空氣監測站檢測到氣體濃度升高。大氣傳輸模型隨後表明，全球檢測到的大部分新排放來自中國東部3。

《紐約時報》的一項調查確定了這些排放的主要來源。這是中國聚氨酯泡沫保温材料的生產，具有諷刺意味的是，部分原因是改善建築保温材料以減少供暖和製冷能源消耗的壓力4– 6。正在進行的大氣監測表明，這些排放現在已基本停止，無論是在全球7還是在中國東部8。

這是一項偉大的偵探工作。但它依賴於一個幸運的巧合：排放來自頻繁收集數據的監測站的上風區域。

下次不太可能出現這種情況。

盧旺達穆戈戈山天然氣觀測站是近五年來唯一新建的觀測站。圖片來源：盧旺達教育部 (MINEDUC)

守望

目前有幾個觀測網絡測量消耗臭氧層並使地球變暖的大氣氣體的分佈和趨勢。它們包括基於地面的國際合作，例如大氣成分變化檢測網絡 (NDACC)，它使用遠程光學傳感器來收集全球氣體濃度變化的信息。還有基於飛機的測量程序。一些使用民航，一些是政府資助的；這些可以識別本地排放，但只是零星的。

衞星可以跟蹤平流層中 CFC-11 和其他長壽命物質的演變。它們還可以幫助確定當地排放的大量温室氣體，包括二氧化碳和甲烷。但它們無法以足夠的靈敏度測量靠近地表的許多其他有害氣體。此外，衞星只是週期性地經過，無法穿透雲層。

目前，量化區域排放量最準確、最準確的方法是來自地面。

此類高頻測量的主要網絡由高級全球大氣氣體實驗 (AGAGE) 國際聯盟和美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 運營。這些是發現和繪製意外 CFC-11 排放量的關鍵。

這樣的網絡可以提供大量信息。使用自動化質譜和光學技術的站點現在可以每小時或更頻繁地測量 50 多種氣體的精確濃度（參見“氣體監測”）。或者，可以將空氣樣本收集在燒瓶中並送到中心實驗室進行分析。

煤氣表地面站監測 50 多種氣體，濃度從百萬分之一到萬億分之一不等。這些包括：

二氧化碳（CO 2）。最豐富和最長壽的温室氣體。

甲烷（CH 4）。一種短暫而有效的温室氣體。

一氧化二氮（N 2 O）。一種長壽命的消耗臭氧層物質和温室氣體。

氯氟烴 (CFC)。根據《蒙特利爾議定書》逐步淘汰的消耗臭氧層的工業化學品和温室氣體。

氫氯氟烴 (HCFC)。取代氟氯化碳的更温和、消耗臭氧層的工業化學品；現在也被淘汰了。

氫氟烴 (HFC)。取代 CFC 和 HCFC 的工業化學品。它們不會消耗臭氧層，但許多是強效温室氣體。

完全氟化的碳、硫和氮氣體。它們是最有效和壽命最長的温室氣體，它們來自高科技行業。

哈龍。含溴工業氣體是最有效的臭氧消耗物質之一。根據《蒙特利爾議定書》，它們在很大程度上已被淘汰。

氯烴和溴烴。各種含有氯或溴的天然和人為破壞臭氧層的化合物。

只要觀測站不被當地污染所淹沒，觀測站通常對它們周圍約 2,000 公里範圍內發生的排放物很敏感。包含空氣流動模式、天氣和測量氣體濃度變化的模型然後可以將排放追溯到它們的源區。通過隨着時間的推移整合這些模型，可以在每個站點的“足跡”區域內繪製和量化排放。這就是華東地區 CFC-11 排放的情況3 , 8。

問題是存在巨大的盲點。AGAGE 和 NOAA 台站（參見“排放跟蹤差距”）9覆蓋了發達國家的大部分地區。從東亞、北美中部和西歐等地區採樣的潛在排放量相對較好。未涵蓋的地區包括南亞、西亞和中亞、東歐、整個南美洲、北美部分地區、東南亞大部分地區、澳大利亞和新西蘭以及非洲大部分地區。隨着工業和經濟的發展，其中許多地區的排放量預計會增加。

資料來源：參考。9 由盧克·韋斯特大學提供。英國氣象局 Bristol & Alistair Manning

迄今為止，AGAGE、NOAA 和其他地面觀測網絡的擴展主要是臨時性的。它們是由個別研究人員的科學興趣和需求、東道國和支持實體的資助興趣和政策優先事項以及必要基礎設施和後勤支持的可用性共同推動的。大多數車站都有幾十年的歷史。在過去的五年裏，盧旺達只建立了一個新站。

為了滿足《蒙特利爾議定書》或《巴黎協定》的需求，世界需要一種更系統、更協調的國際方法來建設更多台站。聯合國環境規劃署的臭氧秘書處負責《蒙特利爾議定書》，是其領域內物質的此類努力的潛在協調員。聯合國氣候變化框架公約和世界氣象組織也可以發揮重要作用，特別是在巴黎協定涵蓋的強效合成温室氣體（如氟化氣體）的排放方面。

理想情況下，新站應位於排放區域的下風處，遠離污染的城市地點。為了確定提議的地點是否合適，研究人員可以使用觀察系統模擬實驗。這些模型模擬了大氣傳輸模式的季節性和年度變化。能夠進行高頻測量的儀器在一個地方長時間連續運行時最有用。

建設全球地球觀測站

燒瓶採樣可用於擴大感興趣區域的覆蓋範圍。在中心實驗室測量的燒瓶樣本還可以發現和糾正不同站點或程序之間的系統偏差。為科學分析和政策生成高質量數據都需要嚴格的校準、驗證和標準化技術。最重要的是，這些數據及其解釋算法必須可供政策制定者、監管機構和公眾公開使用，就像 AGAGE 和 NOAA 網絡的情況一樣。

我們估計，在現有網絡中增加大約兩打精心挑選的電台將提供良好的全球區域覆蓋。這些站點將監測其國界內和鄰國的排放量。這將建立對全球網絡的國際信心。

錢花得很好

再多兩打站要多少錢？建立約 3500 萬美元，加上每年運營 400 萬至 500 萬美元。我們估計建立一個高頻測量站大約需要 100 萬美元，加上儀器和輔助設備的大約 40 萬美元。每個站點的年運營成本約為 200,000 美元，這在很大程度上取決於人員成本。理論上，慈善組織可以資助這樣的項目，從而確保其不受國家偏見的影響。

與危在旦夕的東西相比，這個價格標籤是最小的。因為許多部署可能在低收入或中等收入國家，他們也會在那裏建立科學能力。這有助於為擴大這些地區的其他觀測和建模能力奠定基礎，包括與氣候相關的能力。

幾十年來，《全面禁止核試驗條約》的80個大氣觀測站成功地監測了世界併發出了核泄漏警告。用於測量和模擬各種危險氣體的區域排放的類似網絡對於負責任的環境政策和管理至關重要。

我們無法管理我們無法衡量的東西。從長遠來看，投資更多地面高頻監測站將帶來巨大回報。這是確保蒙特利爾和巴黎條約規定的問責制的必要條件。

燒瓶採樣可用於擴大感興趣區域的覆蓋範圍。在中心實驗室測量的燒瓶樣本還可以發現和糾正不同站點或程序之間的系統偏差。為科學分析和政策生成高質量數據都需要嚴格的校準、驗證和標準化技術。最重要的是，這些數據及其解釋算法必須可供政策制定者、監管機構和公眾公開使用，就像 AGAGE 和 NOAA 網絡的情況一樣。

我們估計，在現有網絡中增加大約兩打精心挑選的電台將提供良好的全球區域覆蓋。這些站點將監測其國界內和鄰國的排放量。這將建立對全球網絡的國際信心。

錢花得很好

再多兩打站要多少錢？建立約 3500 萬美元，加上每年運營 400 萬至 500 萬美元。我們估計建立一個高頻測量站大約需要 100 萬美元，加上儀器和輔助設備的大約 40 萬美元。每個站點的年運營成本約為 200,000 美元，這在很大程度上取決於人員成本。理論上，慈善組織可以資助這樣的項目，從而確保其不受國家偏見的影響。

與危在旦夕的東西相比，這個價格標籤是最小的。因為許多部署可能在低收入或中等收入國家，他們也會在那裏建立科學能力。這有助於為擴大這些地區的其他觀測和建模能力奠定基礎，包括與氣候相關的能力。

幾十年來，《全面禁止核試驗條約》的80個大氣觀測站成功地監測了世界併發出了核泄漏警告。用於測量和模擬各種危險氣體的區域排放的類似網絡對於負責任的環境政策和管理至關重要。

我們無法管理我們無法衡量的東西。從長遠來看，投資更多地面高頻監測站將帶來巨大回報。這是確保蒙特利爾和巴黎條約規定的問責制的必要條件。