- 文献综述(或调研报告):
道路在生命周期内的反射效应产生等效温室气体效应,将路面的反射效应换算为当量温室气体排放涉及到三个方面:地表反射率模型的选择、路面反射率以及反射率变化的当量CO2。路面太阳辐射的反射系数与太阳辐射强度及测试的位置无关,但与路面颜色的深浅关系密切;水泥混凝土路面的反射系数大约在0.48左右,沥青路面的反射系数大约在0.20左右。
1.地表反射率模型
反射率是指入射太阳能量中被反射的那部分,它决定了表面吸收了多少辐射。关于地表反射率,现在已经有形成了一些模型,并形成了一些经验型公式与半经验型的公式。地表反射率的遥感估计值可以通过转化双向反射分布模型(BRDF)中针对双向反射系数测量采样不同传感器视角和太阳入射角的模式来获得。M.J.Barnsley(1997)等人指出BRDF模型有两种经验型与半经验型,其中半经验型是一个线性核心模型,运用到各向同性、几何学和体积散射核心。Bernhard Geiger(2008)等人基于实时观测提供的数据开发了一种每日反射率模型,基本算法概念包括大气校正方案,双向反射分布函数的线性半经验模型的转化,双向反射分布函数的角度整合获得光谱反射率,应用合适的转换关系获得反射率的估计值。MODIS双向反射分布函数/反射率产品(1999)结合了注册,多日,多波段,来自MODIS和MISR的表面反射率数据用于双向反射分布函数,其分辨率为1km,周期为16天。MODIS中的反射率由直射与漫反射组成。L.Zhou,R.E.Dickinson(2003)等人对中分辨率成像光谱仪模型(MODIS)与公共土地模型(CLM)通过土地覆盖类型的季节性和空间的变化进行比较。与MODIS中不同,CLM中土地覆盖物主要分为这三种类型:裸露土壤,雪地以及植被,反射率是由这三种覆盖物的反射率乘以相应的系数组成,三个系数的和为1。
- 反射率变化的当量CO2计算
地球表面反射率的变化会对环境产生相应的影响,为衡量对环境影响的量,通常将反射率的变化换算为当量二氧化碳排放或当量二氧化碳排放补偿。此前已有一些研究用当量二氧化碳排放来衡量地表反射率变化对气候的影响。Akbari(2009)等人计算出在25到50年的时间段内每平方米的反射率升高0.01,相当于抵消2.55kg的二氧化碳排放,而对于十年甚至上百年的当量二氧化碳排放则取4.9kg。Tiziana Susca(2012)以黑白屋顶的比较为例,在LCA中引入反射率,通过计算发现将黑色屋顶换为白色屋顶后,相当于在50年内减少了110-184kg的二氧化碳排放,更进一步计算发现,更高的反射率使得每年的能量使用减少了3.6-4.5kWh/m2。道路建设是一项高能耗,高材料消耗的大型基础工程,不可避免的会改变地表的反射率,带来相应的环境变化,与屋顶反射率变化换算为当量二氧化碳相似,我们也可以将道路建设带来的反射率变化换算为当量二氧化碳排放,并以此来评价道路建设对环境的部分影响。据研究,屋顶与道路的面积占了城市地区总面积的60%(其中屋顶约为20-25%,道路为40%),Akbari(2009)估算得到:提高全球的城市地区屋顶与路表的反射率能产生约44Gt的当量二氧化碳排放补偿。B.Yu(2010,2012)等研究了道路生命周期评估中反射率变化带来的影响,他们发现了在过往的研究中有关路面反射率的温室气体效应一般根据Akbari(2009)等人的研究取为确定值2.55kg,而这有一定的局限性,它并不能准确反映路面反射率的环境影响,因此他们在模型中引入了时间参数,而且对模型进行了确定性与不确定性分析。Ivan(2010)等人研究了生命周期评估中地表反射率变化引起的当量二氧化碳排放,以西班牙南部的西红柿温室种植为例计算了当量二氧化碳排放的值,并对计算的模型进行了不确定性分析。
参考文献:
[1]Barnsley M J, Lewis P, Sutherland M, et al. Estimating land surface albedo in the HAPEX-Sahel southern super-site: inversion of two BRDF models against multiple angle ASAS images[J]. Journal of hydrology, 1997, 188: 749-778.
[2]Geiger B, Carrer D, Franchisteguy L, et al. Land surface albedo derived on a daily basis from Meteosat second generation observations[J]. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, 2008, 46(11): 3841-3856.
[3]Strahler A H, Muller J P, Lucht W, et al. MODIS BRDF/albedo product: algorithm theoretical basis document version 5.0[J]. MODIS documentation, 1999.
[4]Zhou L, Dickinson R E, Tian Y, et al. Comparison of seasonal and spatial variations of albedos from Moderate‐Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and Common Land Model[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres (1984–2012), 2003, 108(D15).
[5]Susca T. Enhancement of life cycle assessment (LCA) methodology to include the effect of surface albedo on climate change: Comparing black and white roofs[J]. Environmental Pollution, 2012, 163: 48-54.
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