CARBOCAP® 技术助力碳排放创新研究

随着人类人口日益城市化，空气污染研究已成为理解城市化对空气质量影响的关键。空气污染影响人类与非人类动物、农业、航空、人工建筑，以及海洋等敏感生物群落。杜可博士及其研究团队立足中加两国，致力于全球与区域空气质量研究。杜克博士现任卡尔加里大学舒立克工程学院机械与制造工程系助理教授。其主要研究方向包括：排放物测量、空气污染物的光学遥感、城市霾中含碳气溶胶源头识别，以及温室效应等大气现象的三维模型构建。

适用于精密研究的坚固传感器

通过研究和模拟城市排放中CO2的行为，杜博士及其团队希望找到新型且经济高效的空气污染缓解策略。在实地工作中，团队使用了维萨拉GMP343 二氧化碳传感器和MI70测量显示器。杜博士选择维萨拉二氧化碳传感器，因其具备良好的测量精度——分辨率达±3 ppm + 读数的1%，同时坚固耐用的设计能满足严苛的研究方法需求。

2014年，《大气环境》期刊发表了题为《大气边界层中CO2的垂直分布：气象变量的特征与影响》的研究论文。本研究采用维萨拉GMP343传感器获取二氧化碳垂直廓线数据，同时使用凯斯特雷尔4500气象仪同步采集温度、气压及相对湿度廓线数据，以探究气象变量对近地大气层二氧化碳垂直分布的影响. 传感器安装于中国厦门郊区的系留气球上，通过释放气球进行数据采集。厦门作为研究选址具有代表性，因该地区正经历快速城市化进程。

随着海拔升高，大气中的二氧化碳浓度逐渐降低

这项研究首次揭示了二氧化碳的垂直分布特征，并探究了城市低空大气中不同类型垂直分布模式的成因。当前我们对二氧化碳行为模式的认知，主要源自近地面或高空观测的研究。在绘制二氧化碳垂直分布图时，观测高度至关重要。大气边界层（通常从地面延伸至1000米高度）存在高分辨率监测空白。此类信息对模拟二氧化碳在城市区域的气候效应至关重要。

系留气球可升至约 1000 米的最大高度，是一种具备成本效益的解决方案，能够在更长时间内采样至相关高度，提供更高分辨率的测量数据，从而获得更精确的廓线。二氧化碳垂直分布的数据对于校准和验证卫星的二氧化碳测量也十分重要。

数据表明，随着高度增加，CO₂ 浓度缓慢下降。随后利用垂直廓线进行回归分析，得出了 CO₂ 随高度呈指数下降的规律。研究团队发现，CO₂ 浓度呈现出日变化模式，在地面比高空更为明显。这是由于地面 CO₂ 来源与汇的变化所致。

在测量精度方面，维萨拉GMP343 是一款性能良好的仪器，因为 CO₂ 浓度（ppm）输出依赖于压力和温度。该传感器内置了温度、压力和相对湿度的补偿选项。

三维建模助力评估二氧化碳影响

实地调查结果可用于创建三维扩散模型——这类计算机程序通过算法展示污染物在大气中的运动轨迹。这些模型将有助于理解二氧化碳在城市环境中的分布、迁移及影响。
研究亮点

• 记录了0至1000米高度范围内二氧化碳的垂直分布及其日变化规律。
• 地面二氧化碳日变化的影响范围限制在300米以内。
• 在不同气象条件下观察到三种垂直分布结构。
• 由此获得二氧化碳垂直分布的方程。

杜博士还在中文期刊上发表了其他关于二氧化碳浓度分布的研究论文：一篇探讨在城乡地区设置固定传感器进行长期监测的方法，另一篇则介绍了一种移动监测方案——他将二氧化碳传感器安装在汽车上，在城区道路行驶采集数据。这项研究不仅深化了我们对空气污染特征的认知，更能为监管机构应对排放物引发的空气污染挑战提供决策依据。

根据美国环境保护署的数据：“空气污染对健康、环境和经济的影响是显著的。空气污染每年还导致农业作物和商业林木产量减少数十亿美元。”

随着对空气污染研究的深入，政府机构在制定政策方面更有能力推动积极变革，同时也能更深入地理解如何制定和优化解决方案，从而减轻有害排放物的影响。