[发明专利]一种基于WSN的土壤表面CO2通量监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于WSN的土壤表面CO₂通量监测系统，属于大气环境监测技术领域，还涉及一种城市森林环境效益监测系统，尤其是一种在复杂环境下基于无线传感器网络的森林环境效益监测系统。 

背景技术

土壤呼吸在一定程度上反映了土壤养分转化和供应的能力，是土壤质量和肥力的重要生物学指标和土壤健康状况的指示因子。因而，土壤表面二氧化碳通量做比较精确的测定，对准确地进行陆地生态系统的碳核算，实施联合国气候变化框架公约，具有实质而重要的意义。现有技术领域不存在能够自动采集、自动处理海量信息的CO₂通量监测软件和硬件产品，也不存在公开发表的文献。 

基于WSN(Wireless Sensor Network)的土壤表面碳通量监测系统由多个土壤碳通量测量器组成，且都工作在野外环境，要实现机械构件的自动化启闭操作需要比其他领域的WSN节点设备耗费更多的电能，因此碳通量监测系统设计对能耗具有很高的要求，其软件和硬件设计更加复杂。在每个器件的选用和电路设计中，能耗、效率、协同性都是必须考虑的因素。现有技术领域不存在能实现上述设计需求和应用需求的软件、硬件产品，也不存在公开发表的文献。 

此外，在城市高温的夏季，沥青和水泥路面周围的温度常常要比农村相同地区的温度高2～8度。树木遮挡马路、建筑物等，通过土壤水分蒸发、蒸腾作用使周围的空气降温。不仅如此，还可以使周围的空气湿度增加。树木遮挡马路、建筑物等还可以降低城市噪音，起到隔噪音作用。目前对森林环境效益监 测一般采用特殊的仪器用人工方法逐点进行，不能进行大范围、实时和连续的测量，测量的准确性较低，范围较小，时效性较差。现有技术领域不存在能够通过WSN网络自动采集、自动处理海量信息的森林环境效益监测软件和硬件产品，也不存在公开发表的文献。 

此外，为了解决气候变暖问题，发达国家推动全球建立了一套二氧化碳排放权交易系统，简称“碳交易”系统。它是一种向各国分配二氧化碳排放配额，并把配额投放到市场上进行交易，从而降低二氧化碳排放量的一种市场化环境保护体系。 

碳交易市场发展非常迅猛。例如，2005年京都议定书正式生效后，全球碳交易市场出现了飞速增长的态势。2007年，全球碳交易量从2006年的16亿吨跃升到27亿吨，上升68.75％。碳交易成交额增长非常迅猛。例如，2007年，全球碳交易金额达400亿欧元，比2006年的220亿欧元上升了81.8％。2010年，全球碳交易额已超过930亿欧元。到2020年，全球碳交易额预计将达到3.5万亿美元，可能超过石油行业，成为全球第一大能源交易市场。 

一些国家或地区强制推广碳交易，将极大地促进碳交易市场的扩张。例如，根据欧盟法律，从2012年1月起，全球航空业被纳入欧盟碳排放交易机制，开辟欧盟航线的外国航空公司全部被纳入这一机制。为此，中国国航在2012年预计需要向欧盟缴纳约3400万欧元的二氧化碳排放量购买费用。为了抵制不公平的碳交易体制，中国的国航、南航、东航正酝酿与中航协一起，共同向欧盟提起诉讼。 

碳交易不但已成为贸易壁垒，而且在全球已演化为核心的经济、政治问题。发达国家认为，中国是制造业大国，中国基本上占据了60％多的CDM市场份额，因此发达国家对中国提出了越来越多的环境保护约束，对中国的国家碳配 额提出了非常苛刻的要求。 

实际上，中国的碳排放在很大程度上是为发达国家提供消费品和工业品；而且，中国拥有非常庞大的地下碳库，尤其中国有世界上最大的竹林，对气碳的土壤固化能力非常强。 

尽管中国是世界上工业气碳的最大排放国，但中国也可能是世界上最大的气碳植被土壤固化国，可能拥有世界上最大的地下碳库。如果这个大规模、高速度消耗气碳的地下碳库真的存在，而且拥有比北美、西欧、日本等发达地区拥有的植被环境更强大、更快速的气碳消耗能力，那么中国应当在碳交易全球配额体系中拥有主导性话语权。 

目前，公开发表的文献，以及公开销售、展示的土壤碳通量监测设备不能满足我国土壤碳通量测量的需求，不能为我国地下碳库的土壤碳通量测量提供技术支持。其主要技术缺陷如：