中國科學院廣州地球化學研究所研究員張干團隊在利用植物放射性碳（14C）約束與貝葉斯反演開展城市尺度化石源二氧化碳排放（CO2ff）核查方面取得新突破。團隊將基于植物14C估算的CO2ff與大氣傳輸—反演框架深度耦合，構建出一套低成本、可擴展且面向治理的碳排放獨立核查方法。相關成果近日發表于《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology）。
化石能源燃燒是導致大氣CO2濃度上升和全球氣候變暖的主要原因。城市作為化石源CO2排放最為集中的地表單元，其排放核查難度極大。受源活動數據不完整且滯后、排放因子變化范圍大以及空間分辨率不足等因素影響，傳統“自下而上”的排放清單不確定性高達約50%。因此，迫切需要建立獨立且可落地的碳核查技術手段，以校驗排放清單、支撐減排決策。
14C能夠可靠地量化CO2ff與自然生物源排放CO2的相對貢獻。草本植物作為“被動采樣器”，可在一個生長季內整合周到月時間尺度的信號，采樣成本低，適用于高空間分辨率的城市網格化采樣和14C分析。大氣模型反演則能將基于植物14C推導的CO2ff濃度轉化為排放通量與年度排放總量，實現化石源CO2排放清單“自上而下”的獨立校驗和城市碳排放核查。
在國家自然科學基金等項目資助下，中國科學院廣州地球化學研究所博士后李靜與深圳市生態環境監測中心站副研究員王偉民、張干等科研人員合作，建立了植物14C與貝葉斯反演深度耦合的技術方法，并將其應用于深圳市化石源CO2排放清單的校驗，取得了良好的實踐效果。研究團隊在深圳構建了5×5 km2的網格，對70個采樣站點的草本植物進行14C分析，獲得了對生長季大氣14CO2的高密度、時間整合約束，為貝葉斯反演提供了充足數據和高分辨率網格空間覆蓋。
研究團隊發現，盡管ODIAC（2022年，135.8 Mt/年）、MEIC（2020年，30.7 Mt/年）等兩套先驗清單在化石源CO2排放總量與空間分布上存在巨大差異，但在統一的網格與誤差設定下，植物14C-貝葉斯方法仍能將二者反演到一致的后驗水平，這表明植物14C觀測對先驗誤分配與總量偏差具有強大的約束與校準能力。在空間分布上，后驗結果識別出深圳西北部為主要熱點區，與CO2ff觀測格局和土地/設施分布相吻合。共排放協同分析顯示，PM2.5、PM10、NO2、CO與CO2ff的像元尺度相關性顯著（Pearson r≈0.56-0.76；秩相關ρ≈0.53-0.85），而SO2與CO2ff基本無關（r=0.006，ρ=-0.004），反映出相關污染物的有效減排管控。
研究團隊還揭示并糾正了先驗清單的空間誤分配問題，即以人口/夜光為代理的清單在深圳市中心-南部居住區偏高、在西北工業區偏低，而后驗清單在全域上對其進行了系統校準，為“熱點區優先減排、分區分類施策”的政策設計提供了直接依據。依托該觀測-傳輸耦合技術體系，深圳市的后驗總排放穩健收斂至約59.2 Mt CO2/年，低于ODIAC清單估算值，但高于MEIC清單估算值。
在方法學層面，研究團隊系統展示了“草本植物14C+貝葉斯反演”在城市尺度的聯合應用潛力。以0.05°×0.05°分辨率構建源-受體關系，計算雅可比矩陣并在貝葉斯框架下最小化目標函數，統一將后驗通量換算為月/年總量，為“生長季14C-年尺度排放”的一致表達提供了標準化流程。該流程與公開基線（如我國瓦里關站）及清單數據協同使用，可在數據受限地區快速搭建城市排放核查體系。
該研究強調，觀測驅動的城市排放核查可與清單互證，支撐城市級“碳熱點”定位、工業源治理優先級排序與年度排放核查，是支撐實現區域碳減排目標與碳中和路徑的有力技術手段。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c09553