温室气体含量测量向SI的计量溯源性

温室气体含量测量向SI的计量溯源性：学术要点整理

摘要：大气温室气体含量的增长是导致全球变暖的关键因素，监测数据的可靠性与可比性对评估气候变化至关重要 。本文通过探讨温室气体含量的国际单位制（SI）溯源路径，解释了如何利用标准物质确保全球测量结果的普遍可靠性 。

一、 计量溯源的重要性

温室气体含量的年增速极小，二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的年均增长率约在0.3%至0.5%之间 。
长期监测要求数据在大时间尺度、不同监测网络（如WMO/GAW、AGAGE等）以及不同方法（光谱法、色谱法等）之间具备高度的量值可比性 。
• 计量溯源性通过不间断的校准链，使测量结果与统一的SI单位联系起来，是实现全球可比性的根本保障 。
  

二、 气体含量的SI单位

在气体计量中，核心关注点是目标组分在气体样品中的占比 。
国内外普遍采用的SI导出单位是“物质的量分数（mol/mol）”，而非基本单位“mol” 。
• 当含数值较小时，常使用分数单位，如微摩尔每摩尔（μmol/mol）或纳摩尔每摩尔（nmol/mol） 。
  

三、 溯源路径与标准物质等级

国家计量院（NMi）通过“原级测量方法”实现SI单位，该方法具有最高计量品质且不确定度完全用SI单位表述 。

只有签署了CIPM MRA协议并通过国际关键比对验证的国家计量院，才能提供具备SI溯源性的原级标准物质 。
非国家计量院的生产者研制的标准物质，必须通过比较法溯源至国家计量院的原级标准物质，才能获得SI溯源性 。
气体标准物质的溯源策略包括：判断是否采用原级方法、是否通过国际比对验证，以及是否存在不间断的校准链 。

四、 国际关键比对与我国水平

国际计量局（BIPM）和物质的量咨询委员会（CCQM）定期组织温室气体关键比对，如CCQM-K120a（二氧化碳）和CCQM-K82（甲烷） 。
中国计量科学研究院（NIM）在二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等关键比对中均取得了等效度 。
• 我国研制的原级标准物质水平与美国NIST、英国NPL等国际一流机构相当，部分指标略优，达到了WMO的数据质量目标 。
  

五、 温室气体标尺的构建

温室气体标尺是由一组不同含量的标准物质通过线性回归形成的参考值序列 。
WMO/GAW监测网主要溯源至由NOAA维护的标尺（如二氧化碳X2019标尺） 。
• 关键比对发现，由于物理效应或计算误差，标尺可能存在准确性风险（如旧版X2007标尺存在偏差），因此标尺的长期维护必须依赖计量界的国际比对进行验证 。
  

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文章作者：王德发, 徐驰, 尹冬梅, 刘智勇, 谢聪慧, 王亭亭, 王红红, 李春萌, 韩中杰, 马爱文, 宋小平 文章原名：《温室气体含量测量向SI的计量溯源性》