全球變暖和氣候變化是對我們在地球上的生存構成威脅的具有挑戰性的問題。如果人類要解決氣候變化並轉變為真正的低碳未來，則必須對這種轉變進行量化和驗證。衡量世界在避免氣候變化方面的成功是這個難題的重要組成部分。能夠在轉型的早期階段監測和驗證我們在低碳方面的進展至關重要。有效的監控策略將有助於推動正確的技術、政策和行為改變，從而帶來真正的結果。然而，為了讓我們使用正確的工具，我們必須首先了解現在正在做什麼，我們可以利用什麼，以及該領域的技術和經濟機會。
報告排放
溫室氣體(GHG) 排放報告是主流氣候、可持續性以及環境、社會和治理(ESG) 圈子中最常用的工具之一。例如，在美國，溫室氣體報告計劃包括報告來自大型溫室氣體排放源、燃料和工業氣體供應商的排放。每年都有大量的溫室氣體排放者報告排放量，並且每年都會向公眾提供這些報告的數據。但是，這樣做的挑戰是報告僅每年進行一次，因此從排放時間到報告是一年後，時間太長了。因此，美國溫室氣體報告計劃只剩下30 個數據點，直到2050 年世界瞄准其氣候目標。更糟糕的是，在其他一些司法管轄區，溫室氣體報告延遲了一年多； 而在世界其他地區，根本沒有溫室氣體報告活動。溫室氣體報告的另一個問題是，它賦予排放者數據而非監測機構的可信度。溫室氣體報告的有效性僅限於記錄釋放的溫室氣體排放量，而不是積極糾正任何違規行為。
監測二氧化碳
溫室氣體監測站在確定趨勢和量化減排進展方面發揮著重要作用，溫室氣體（如CO2、N2O 和CH4）的百萬顆粒數(PPM) 濃度通常是地球大氣中碳排放的良好指標。不幸的是，測量和監測這些值的站點在全球分佈不均。因此，他們不會對這些排放進行區域空間監測，而這是讓溫室氣體排放者對其行動和進展負責所必需的。好消息是在技術上很容易建立一個測量站網絡，這些測量站網絡連接在一起以提供全球每個城市和地區的全面概覽。這將概述減少溫室氣體排放的進展，這可用於補充NASA 正在使用其大氣紅外探測器(AIRS) 所做的工作。[1]
測量海平面
排放會導致更高水平的GHG 氣體，隨著時間的推移，地球溫度會升高並導致全球變暖。海平面上漲是氣候變化的直接結果，因為地球溫度正在上漲。當地球溫度升高時，會導致北極和南極的冰融化，海水變暖時也會發生熱膨脹。為了概括這種情況發生的速度，從2006 年到2015 年，全球海洋平均水位上漲了20 世紀大部分時間的平均速度的2.5 倍。
海平面上漲，深色線基於夏威夷大學快速交付海平面數據來源：Climate.gov
較高的海平面是危險的，因為它們會導致沿海洪水，而沿海洪水由於多種原因是危險的。它會破壞海岸，驅逐海洋生物並導致海洋酸度升高。它還可能對房屋、道路和橋樑造成損害，進而影響經濟。因此，驗證和衡量減緩海平面上漲的進展極為重要。
重要的測量技術
有兩種有前途的技術將幫助世界衡量和驗證其實現氣候目標的進展，地球觀測衛星和無人機。
地球觀測衛星
地球觀測衛星是監測地球氣候的重要工具。它們提供有關地球如何變化的寶貴數據，並有助於為有關如何緩解或適應氣候變化的決策提供信息。衛星收集的一種重要數據類型是地球表面溫度。該數據可用於測量全球溫度的上漲趨勢，並檢測其何時快速變化。衛星還可以探測到地球冰蓋的變化。當冰融化時，地球表面變得更暗，地球吸收更多的太陽輻射，導致地球更加溫暖。衛星也有助於研究地球的大氣層。他們收集有關臭氧、氣溶膠和其他可能影響地球氣候的顆粒的數據。
地球觀測衛星幫助監測氣候變化，圖片：軌道碳觀測站(OCO)-2，美國宇航局
有兩種主要類型的地球觀測衛星可用於幫助監測氣候變化。首先是低地球軌道(LEO) 衛星，它們在通常距離地表不到1400 公里的高度繞地球運行，並提供地表的高分辨率圖像。它們的壽命很短，從幾周到幾年不等。其次是地球靜止軌道(GEO) 衛星，它不像LEO 衛星那樣普遍，在大約36,000 公里的高度繞地球運行。它們受到較少的大氣乾擾並提供長期數據。這些類型的衛星通常用於監測森林砍伐和城市化。此外，它們還用於通過識別地球表面的變化來監測氣候變化。例如，如果冰川融化，它將反映在該地區的表面圖像中，並且可以進行監測。
我們預計發射地球觀測衛星的成本會隨著時間的推移而下跌，因此可能會有一些專門用於全球溫室氣體排放監測的衛星星座，而不是目前存在的星座。[2][3] 然而，地球觀測衛星在分辨率（最多幾公里的區域）和報告持續時間（每個數據點數天到數週）方面仍然存在這些限制。
無人機
無人機是我們可以用來檢測溫室氣體排放的另一種獨特技術。無人機能夠對環境進行精確測量，而這在人工監測中是很難做到的。無人機也比人類更有效率，因為它們可以全天候使用，一年中的每一天都不會感到疲倦。無人機在快速收集大面積數據方面也很有效。在需要充電之前，它們可以在空中停留長達20 到30 分鐘。無人機從一個點飛到另一個點的時間通常比人類步行相同距離所需的時間短。無人機還可以編程為自主飛行，無需人工輸入，因此它們可以全天24 小時收集數據。
無人機可以檢測和測量溫室氣體排放，圖片：DJI Matrice 600 Pro UAS 圖像單元來自維基共享資源
無人機已被用於監測氣候變化，因為它們比衛星更有效。它們更有效，因為它們可以以一小部分成本部署到感興趣的區域，並且可以比衛星更好地用於監視特定區域。無人機也更具成本效益，因為它們不需要大量人員來操作。簡而言之，無人機可以更經濟、更容易用於高分辨率、特定案例的區域。我們看到無人機有可能幫助執法機構和第三方驗證組織瞄準難以遵守排放目標的排放者。
為了解決氣候變化問題，有必要對溫室氣體排放和氣候變化的影響進行測量和驗證。測量和驗證對於解決溫室氣體排放問題至關重要。溫室氣體排放的測量和驗證測試氣候模型的準確性和氣候模型預測的準確性，以幫助更好地改進它們。最終目標是衡量和量化氣候變化的影響，找到減少氣候變化影響的最佳方法，並以透明的方式驗證減少。這將有助於世界實現可持續的未來。
[1] “二氧化碳| 生命體徵——氣候變化——美國宇航局氣候……” https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/。
[2] “GOSAT 溫室氣體觀測衛星GOSAT。” http://www.gosat.nies.go.jp/en/。
[3] “軌道碳觀測站2 (OCO-2) | 美國宇航局。” 2019 年4 月19 日，https://www.nasa.gov/mission_pages/oco2/index.html。
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