导读：在全球气候变暖的大背景下，减排需要每个国家共同努力，但经济成本却是一个不得不考虑的问题。本文为我们介绍了一种成本低廉又效果出众的方法，希望能对大众有所启发。
关键词：节点；精确度；监测器
SF体验中心屋顶上的二氧化碳传感监测器。（图片来源：Alexis Shusterman）
今年夏天早些时候，在国际上气候变化再次被推上了风口浪尖，而这次的起因却有点出乎意料——是教皇。在教皇弗朗西斯一世的长达184页的通谕《关爱我们共同的家园》（On Care for Our Common Home）中，他警告世人：
“令人不安的是，气候系统正在变暖，大家有目共睹，这是不争的科学共识……一系列科学研究都表明近几十年的全球变暖主要是由人类活动排放出的大量温室气体（二氧化碳、甲烷、氮氧化物等等）造成的。”
呼吁他的信徒们去采取行动，教皇弗朗西斯一世的通谕也许体现了全球范围内对全球变暖态度的一个转变。而随着今年十一月将在法国巴黎召开的联合国气候变化大会，对温室气体的控制也许很快就将普及开来。
接下来的问题就是：如何评估与执行那些旨在限制排放的规定？每个人都希望自己的邻国们能遵守规定，但并不是所有联合国签署国家能够提供使用常规技术的详细排放报告。
轨道卫星能从宇宙中探测区域二氧化碳浓度，不过想得到更精细的图案，它就无能为力了。地面二氧化碳监测器能够量化特定地区的排放量，但若要推广现在的通用技术，未免太过昂贵了些。但是有效的碳排放法规需要建立在高精度空间和时间尺度上——要能看到一个个高速公路和街区，这都是一些测量方法中的盲点。
要记录城市二氧化碳来源的复杂排放模式，人们需要在城市的各个角落安装大量传感器。
这就是我们发挥作用的地方。
分散式网络
我工作的项目叫BEACO2N，它是伯克利大气二氧化碳观测网络的简称（Berkeley Atmospheric CO2 Observation Network）。BEACO2N是一个包含30个低成本二氧化碳传感监测器，或“节点”的网络，这些节点被安装在加利福尼亚州奥克兰市，两节点之间距离为2公里（1.24英里）。
如此小的尺度让它成为了世界上最密集的二氧化碳监测系统。
这些节点采用流行的开源微控制器和计算机，后者能够利用一个简单的智能手机数据计划无线传输观测数据。这些数据会近实时地向大众公开。
传感器本身通过测量红外光强度的变化来计算空气中的二氧化碳浓度。二氧化碳吸收红外辐射，因此光束中悬浮的二氧化碳分子越多，到达传感器的红外光线就越少。它与昂贵的二氧化碳传感器原理相同，不过是采用了较低级的灯和探测器。在精确度上的小小牺牲意味着一个BEACO2N节点只需5500美元，这比传统检测器便宜了10到20倍，并且能够批量购买。在这个大数据时代，更多也更便宜的监测器无疑更受青睐。
通过在城市密布传感器，我们只需比较相邻节点的信号就可简单识别并量化潜在的二氧化碳源。下风节点测量到较高水平的二氧化碳浓度与上风处的相比意味着两节点之间有一个二氧化碳排放点。这一简单方法已被用来评估2013年劳动节周末封桥对旧金山湾区交通排放的影响。
通过低成本传感器获得的详细数据。（图片来源：Alexis Shusterman, Author provided）
单个节点可以感知二氧化碳分子百万分之八程度的变化，而作为一个整体时，它们会变得更敏感。总的来说，BEACO2N的高分辨数据库能够服务于那些忽略某些十分细小的排放现象的复杂大气模式，比如说高峰时期拥堵的公路上或是冬季一个漏风的房子里排出的二氧化碳。
这种评估能为当地国会议员提供事实与数据来独立评估加利福尼亚州包含73部分的气候行动计划中的每个项目。这样社区就能够把资源集中在最有效的减排活动上。
不仅仅是二氧化碳
如今，BEACO2N也是测试其它低成本传感技术的试点平台。
虽然通常来说二氧化碳对人体健康没有危害，但它往往与其它污染物一同排放，如一氧化碳或烟尘颗粒，这些会导致哮喘和心血管问题。作为测量这些污染物的设备，BEACO2N也能为市民们提供自己的局地且实时的空气质量数据。
一个BEACO2N节点的内部。（图片来源：Alexis Shusterman, Author provided）
第一代测量结果已经得到研究人员和高级学者的分析，数据库也在不断扩大。自2012年成立以来，它已经从旧金山和索诺玛县扩展到澳大利亚的悉尼。
当然，这并不是说BEACO2N就没有任何问题。一分价钱一分货，随着时间增长，数据精确度会有所浮动。灰尘积聚在透镜上，反射镜被移动，不再在校准位置上，这些细小变化都会逐渐使得原始出场校准失效。
高端仪器解决这种精确度漂移问题的办法就是使用大量参考气体或者替换昂贵零件，两者都是做科学研究预算时令人头疼的问题。但重复将便宜设备带回实验室重新校准也是同样费时费钱。
为了提高精度，BEACO2N的研发团队正在研究如何更少地相互参照成熟节点而不是频繁校对节点。。也许未来有一天，BEACO2N能够利用自然现象，比如强烈的阵风，来远距离同步信号。
用更少的钱做更多的事，我们希望BEACO2N能让类似策略被发展中国家接受，甚至是挑剔的美国市民们。
实惠易得且通俗易懂的数据意味着更多人能得到更多知识。而在减排领域，知识就是力量。
作者简介：
Alexis Shusterman，加州伯克利大学的化学博士生
（翻译：杨玉洁；审校：朱佳莲）
原文链接：
https://theconversation.com/low-cost-sensors-track-co2-where-it-counts-43828
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