环境浓度监测进展
温室气体浓度水平及其趋势，对于预测气候变化以及对社会经济的影响至关重要。根据国内外温室气体监测发展过程，可以把温室气体环境浓度监测分为大气温室气体浓度监测和海水温室气体浓度监测。
（一）大气温室气体浓度监测
对于大气温室气体浓度的监测，根据监测方式的不同，可以分为地基、卫星遥感和空基三类。
1.地基监测
温室气体地基监测的主要基础设施为大气温室气体观测网络，通过观测网络实时收集温室气体监测数据，并通过数据化、模型化等形式进行处理，以图像的方式反演于地图系统中，清晰而直观地反映出某个城市、某个地区乃至某个国家整体的温室气体分布状态和趋势。大气温室气体观测网络按照覆盖地域范围可分为全球级、大陆或国家级、省/州级、城市级以及点源级。
全球级温室气体观测网络主要包括世界气象组织（WMO）的全球大气观测网络（GAW）以及地球网络（Earth Networks）。WMO于1989年开始组建全球大气观测网（GAW），在全球范围内开展大气成分本底观测，经过十几年发展，已成为当前全球最大、功能最全的国际性大气成分监测网络，可以对具有重要气候、环境、生态意义的大气成分进行长期、系统和精准的综合观测。目前已有60个国家近400个本底监测站（其中全球基准站24个）加入GAW网络，并按照GAW观测指南的要求，开展了大气中温室气体、气溶胶、臭氧、反应性微量气体、干-湿沉降化学、太阳辐射、持久性有机污染物和重金属、稳定和放射性同位素等的长期监测，涉及200多种观测要素。地球网络（Earth Networks）计划在美国建立50个站点，欧洲25个站点，世界其他地区25个站点，用于研究温室气体产生、分布、发展趋势等科学项目。
大陆或国家级、省/州级、城市级以及点源级温室气体监测网络在部分国家或地区已进行布置，并服务于各自国家或地区的温室气体监测工作。除大型观测网络外，国外研究机构也在不同区域和时段内开展了针对氢氟碳类、全氟碳类和六氟化硫的监测。美国麻省理工学院牵头组织建设了“改进的全球大气实验网”（AGAGE），在全球范围开展高精度含氟温室气体和臭氧层消耗物质观测。日本国立环境研究所自2006年在日本Ochiishi海岸以及Hateruma岛上进行全氟碳类物质观测。
国内最早开展大气温室气体本底浓度业务化观测的部门为中国气象局，中国气象局在WMO/GAW框架下，负责协调中国温室气体及相关微量成分高精度本底观测，自1992年起在青海瓦里关开展温室气体本底浓度观测。瓦里关站是GAW观测网31个全球大气本底观测站之一，也是目前欧亚大陆腹地唯一的大陆型全球本底站，它的观测结果可代表北半球中纬度内陆地区大气温室气体浓度及其变化状况。随后，中国气象局陆续在北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山、湖北金沙、云南香格里拉和新疆阿克达拉建立了6个区域大气本底观测站，分别代表京津冀、长三角、东北平原、江汉平原、云贵高原和北疆地区的大气本地特征，其中北京上甸子、浙江临安、黑龙江龙凤山3个点位已列入WMO/GAW大气本底站系列，并按照WMO/GAW的观测规范和质量标准开展观测。我国7个站点采用的监测方法均为在线监测方法。此外，由中国科学院建设的温室气体观测网络在科学研究、决策支持等方面也发挥了重要作用。
生态环境部自2008年起陆续建成16个国家空气质量背景监测站，其中利用福建武夷山、内蒙古呼伦贝尔、湖北神农架、云南丽江、广东南岭、四川海螺沟、青海门源、山东长岛、山西庞泉沟、海南永兴岛和美济礁11个国家空气质量背景站的地理代表性优势开展CO2、CH4等温室气体监测，部分背景站还开展N2O监测，并计划在具备条件的福建武夷山、四川海螺沟、青海门源、山东长岛、内蒙古呼伦贝尔等5个背景站点完成温室气体监测系统升级改造，改造后CO2、CH4监测精度将达到世界气象组织全球大气监测计划（WMO/GAW）针对全球本底观测提出的要求，为服务我国以及世界范围的温室气体监测研究工作提供技术支撑。
原国家海洋局海洋灾害预报技术研究重点实验室率先在国内开展了海洋大气温室气体连续监测工作，自2013年起，在浙江嵊山岛、福建北礵岛、海南西沙永兴岛和南沙建立了4个符合WMO/GAW规范的大气温室气体监测站，并投入业务化运行，覆盖东海和南海，初步评估了海洋季风和气团长距离输送对温室气体浓度变化特征的影响。另外，生态环境部自2010年起在31个省会城市开展了城市层面的区域本底温室气体监测试点建设，一些高校和科研院所也相继开展了大气温室气体的监测和研究工作。
中国气象局和生态环境部近十几年温室气体观测研究工作中所建立的温室气体观测点位互为补充，基本覆盖了国家内陆各大区域，在背景及区域尺度上已具有一定的代表性。国家海洋局已建成的南沙、西沙、北礵和嵊山四个海洋大气温室气体监测系统，初步形成从南海南部至东海海洋上空温室气体的监测网，积累了大量海洋大气温室气体高精度连续监测的工作经验和技术储备，为未来建成全国海洋大气温室气体立体监测网打下坚实基础。
2.卫星遥感监测
在利用卫星遥感技术进行温室气体监测方面，各国做出了积极的努力。欧洲于2002年3月1日发射的极轨对地环境观测卫星Envisat-1搭载了用于大气图表的扫描成像吸收光谱仪（SCIAMACHY），是全球第一个能测量二氧化碳和甲烷浓度的卫星传感器；2017年10月，欧洲航天局发射了哨兵5先导卫星（Sentinel 5Precursor），是欧洲全球环境监测计划中专门用于大气环境监测的卫星。该卫星搭载的对流层观测仪（TROPOMI）采用了宽幅天底扫描推扫式成像光谱仪，幅宽达2600km，解决了早期卫星窄幅观测重访周期长的问题，能实现每天对全球甲烷和一氧化碳的观测。
日本于2009年1月23日发射了全球首颗专用温室气体观测卫星GOSAT-1，卫星只搭载了一个红外及近红外碳传感器，还包括两个光学遥感单元：傅里叶变换光谱仪（FTS）、云和气溶胶成像仪（CAI），二者合称为热和近红外碳观测传感器（TANSO），GOSAT-1能够对全球甲烷和二氧化碳进行观测。2018年10月29日日本又成功发射了“IBUKI-2”（GOSAT-2），该卫星同样搭载了FTS和云和气溶胶成像仪，除可获取更高精度的甲烷和二氧化碳观测值，还可监测一氧化碳和PM2.5浓度。
美国于2009年2月24日尝试发射OCO-1轨道碳观测卫星，发射升空数分钟后出现意外导致失败。2014年7月2日成功发射OCO-2卫星，这是美国第一个用于监测地球大气二氧化碳水平的卫星，其目标是用与二氧化碳相关的吸收曲线监测窄幅度大气中二氧化碳的浓度变化，生成全球碳源汇的分布图。
国际上多个空间与环境机构、公司、政府、非政府组织提出了温室气体监测卫星发射计划，如法国国家空间研究中心的Micro-Carb任务，欧洲气象卫星应用组织的METOP-SG-A卫星，德国航空航天中心和法国国家空间研究中心甲烷遥感激光雷达法任务，美国国家航空航天局的地球同步碳循环观测任务，GHGSat公司计划发射的2颗温室气体监测卫星，Blue field技术公司计划发射的由20颗低对流层甲烷监测卫星组成的星座等。
我国在温室气体卫星遥感监测领域也取得了丰硕成果，截至目前，我国共发射3颗温室气体监测卫星。2016年12月22日，中国碳卫星（TANSAT）在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行，成为继日本GOSAT-1和美国OCO-2后，国际上第三颗具有高精度温室气体探测能力的卫星。中国碳卫星搭载了一台高空间分辨率的高光谱温室气体探测仪，利用分子吸收谱线探测二氧化碳等温室气体浓度，为我国温室气体排放、碳核查等领域的研究提供了基础数据。中国碳卫星观测数据反演获得的2017年全球二氧化碳分布图，此外，我国还分别于2017年、2018年发射了FY-3D/GAS和GF-5/GMI在轨运行卫星。全球主要温室气体监测卫星及参数见表5-1。
表5-1 全球主要温室气体监测卫星及参数
续表
3.空基监测
空基监测主要是无人机等航空遥感监测，是对卫星遥感监测的有效补充。
2005年，美国研制基于红外光谱的CO2原型传感器，用于测量火山羽流中的CO2浓度；2012年，美国普林斯顿大学研制了一种光学传感器，搭载在无人机上用于监测CO2、CH4和H2O浓度；2013年，美国奥多明尼昂大学利用差分吸收激光雷达技术，研制CH4脉冲差分雷达系统；2014年，美国珀杜大学研制了一整套无人机系统，用于获取CO2通量数据；2015年，加拿大研制一种用于农田温室气体排放监测的无线传感器网络（WSN）系统，该系统采用金属氧化物（MOX）和非色散红外传感器探测CH4和CO2浓度。
国内的监测主要用于生产安全预警预报，在生态环境方面的监测应用刚刚起步。在“双碳”政策的推动下，部分科技公司将无人机搭载技术、通信技术及温室气体监测技术逐步结合，开发出多种形式的无人机温室气体监测系统，并在实际应用中取得阶段性成果。
近年来，生态环境部卫星环境应用中心围绕重点生态环境问题，调研了多款采用无人机技术搭载温室气体检测设备的系统，并通过多次集成测试试验，开展小范围温室气体监测工作，已具备开展无人机温室气体监测与分析的能力，监测的指标包括CO2、CH4和N2O，可以实现城市区域或重点工业园区的温室气体浓度和排放通量监测。
（二）海水温室气体浓度监测
海洋温室气体的监测可分为船基走航监测、浮标连续监测和遥感监测三种形式，这三种形式在时空分辨率上可以进行有效的互补。对于船基走航监测，美国、欧洲和日本等发达国家和地区已经建立了非常成熟的监测体系，可以对大洋和相关国家近海海域的海水CO2进行准确的监测与评估。美国NOAA主导，建立了覆盖全球范围的“海洋碳研究系统（OCADS）”。对于浮标连续监测，美国和欧洲等发达国家和地区也已建立了完善的监测体系，以美国为例，由美国NOAA建立的CO2浮标监测体系（Global CO2 Time-Series and Moorings Project），已经对大洋和近海的海水温室气体进行了长期连续的监测，为全球气候变化的评估提供了重要的基础数据。对于遥感反演监测，目前主要处于科学研究阶段，其测定结果用于精确的定量评估海水温室气体浓度尚有难度。
我国近海海水温室气体监测工作主要由原国家海洋局负责，国家海洋环境监测中心牵头组织实施。自2008年开展应对气候变化相关科研业务工作以来，国家海洋环境监测中心积累了雄厚的海洋温室气体监测工作基础，在现有基础研究下编制了《我国近海蓝色碳汇监测计划规划纲要》。近年来，国家海洋环境监测中心一直致力于温室气体海气交互作用、海洋生物固碳/储碳、海洋碳循环遥感监测、滨海湿地碳源汇调查等方面的研究，逐步组织建立了“我国近海CO2源汇监测体系”。通过十几年的业务运行，该中心已经对我国近海CO2源汇格局取得了初步的认识，相关成果发布于历期《中国海洋环境状况公报》中。