《美国国家标准与技术研究院(NIST)发布《NIST温室气体测量项目:十年的关键成就》报告》

  • 来源专题:计量基标准与精密测量
  • 编译者: 李晓萌
  • 发布时间:2024-06-11
  • 在第21届缔约方会议(巴黎)上,人们普遍认为,减少温室气体排放和减缓大气变暖的计划将需要了解现有的排放,以及监测、报告和核实各种来源的排放的计划。由于70%的温室气体(GHG)排放来自世界上大多数人口居住的城市环境,因此需要更加强调对城市环境的监测。

    作为美国的国家计量研究院,美国国家标准与技术研究院(NIST)已经对这些测量和标准的挑战做出了回应:

    a)提高美国准确测量温室气体排放的能力;

    b)展示城市大气监测网络(自上而下或大气测量方法)在定量确定工业、住宅、交通、发电和其他活动产生的温室气体通量方面的能力;

    c)利用基于社会经济数据的空间明确排放模型(自下而上或排放模型)方法补充此类测量;

    d)证明两者的结合提高了对排放估算的信心,同时确定了有待改进的领域。

    NIST项目的建立是为了改进对二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氧化亚氮、二氧化碳和氧气的同位素成分、气溶胶和温室气体烟囱排放的测量。开发了新的遥感方法,应用于大范围的技术,扩大了NIST的气体标准计划,与NOAA、WMO的温室气体中央校准实验室密切合作,通过SI可追溯性确保数据的准确性和一致性,并加强对大气温室气体排放测量的相互认可。与其他机构合作,开发了先进的计算工具,以模拟空间明确的排放源、生物排放和吸收过程,并使城市温室气体源归因能够从大气测量中得到。2010年,NIST与普渡大学、NOAA和宾夕法尼亚州立大学合作,在印第安纳州的印第安纳波利斯建立了第一个城市试验台(“涌入项目”)。在洛杉矶(2012年)和东北走廊(2014年)建立了额外的试验台,以测试方法在一系列气象条件和排放概况下的适用性。对于内流,在3年的分析期间(2012-2015年)的结果表明,自上而下的模型和排放模型之间的一致性<3%。在综合方法的测试中,自下而上的排放抵消了+15%,自上而下的方法抵消了-14.2%。这一性能显示出足够的灵敏度,可以每年跟踪缓解行动。(全球都设定了每年1%至3%的减排目标。)200多份档案出版物已产生并被引用超过10,000次,并培养了一支杰出的美国研究团队成功参与应对这一全球挑战。在中国和欧洲合作组织了研讨会,将计量和气象界聚集在一起,共同应对这一共同关心的挑战。世界气象组织的全球温室气体综合信息系统(IG3IS)的形成得到了催化,预计将启动关于温室气体测量的国际文件标准。NIST为推进美国温室气体综合测量、监测和信息系统的国家战略的发展做出了贡献。NIST量化温室气体排放的努力对于实施美国商品期货交易委员会(CFTC)发布的关于在自愿碳市场中列出自愿碳信用衍生品合同的建议指导也至关重要。NIST在解决由地球变暖的大气所带来的排放量化挑战方面做出了重大贡献,并采取了针对导致变暖的主要因素的措施,即温室气体排放到大气中。

  • 原文来源:https://www.nist.gov/publications/nist-greenhouse-gas-measurements-program-decade-critical-accomplishments
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    • 自从我三年前走进美国国家标准与技术研究院(NIST)位于马里兰州盖瑟斯堡的院区,开始担任院长以及商业标准和技术副部长以来,发生了太多变化。 当时我们仍在感受疫情的影响,我来到一个大部分空无一人、走廊昏暗、寂静的院区。在我曾经作为研究员,后来作为NIST材料测量实验室主任度过了几十年的院区里,感受到如此少的活力,多少有些令人震惊。 尽管走廊里静悄悄的,NIST的工作人员仍在努力工作。疫情迫使许多人调整到家庭工作空间,或者尽量减少在院区的时间。如今,我们在盖瑟斯堡和科罗拉多州博尔德的院区再次焕发活力,我们的多个联合研究所和合作项目也是如此。 三年前,还没有ChatGPT,我们还期待着人工智能做出一些开创性的事情。2022年11月ChatGPT一经推出,其他AI模型很快也相继出现。它们既带来了对它们力量的兴奋,也带来了关于它们如何被使用的担忧。 如今,得益于NIST众多人员的思想领导力和辛勤工作,我们拥有了人工智能风险管理框架(AI Risk Management Framework)、NIST人工智能创新实验室(NIST AI Innovation Lab)、人工智能安全研究所(AI Safety Institute)以及许多合作和项目,这些工作致力于确保我们从这项技术中获得最大收益,同时帮助促进其安全有效的使用。而在2025年,我们计划启动一个新的制造美国研究所(Manufacturing USA institute),专注于利用人工智能转型制造业。 在我们的实验室中,我们想出了创新的方法来应用人工智能以改善我们的研究和运营。我们汇集了工业界、学术界、民间社会和政府机构的力量,帮助我们理解如何在不伤害人们、社会和地球的情况下推动人工智能创新。 三年前的通货膨胀率很高,我们仍然无法获得我们所需的物品。供应链受到干扰,没有足够的半导体芯片来驱动我们每天使用的商品和服务。三年前的半导体制造业在美国已成为遥远的记忆。 如今,我们在美国制造业进行了令人难以置信的投资,这将帮助我们的国家再次在半导体领域领先。许多人非常努力地工作,建立了“美国芯片计划”(CHIPS for America),并将其重点放在建立新的美国半导体制造基地和强大的半导体研发生态系统上。毫无疑问,这个生态系统依赖于NIST的测量。 已经拨出了数十亿美元,将用于支持制造设施和研发。这包括一个专注于数字孪生(digital twins)的“美国芯片计划”制造美国研究所(CHIPS Manufacturing USA institute),这将允许我们在虚拟世界中构建、设计和协作半导体研究。建立这个研究所的合作已经产生了超过联邦投资三倍的行业投资,总共为这项重要技术投资了10亿美元。 所有这些努力和投资将对我们国家制造业能力的革命产生难以置信且持久的影响。它们将有助于确保我们再也不会经历疫情期间所面临的短缺。同时,它们正在为国家的许多地区带来新的、薪酬优厚的技术工作岗位。 三年前的美国并没有一个明确的策略来指导美国政府参与标准制定。现在,NIST正在重新激活美国的标准化工作,因为我们正在实施去年夏天由白宫发布的《美国政府关键和新兴技术国家标准战略》。 今天,这项战略以及我们与私营部门合作制定的实施计划正在推动我们工业的成功。数万亿美元的贸易依赖于我们的能力,将美国的创新转化为国际标准。我们的工作将帮助美国保持参与并继续在迅速演变的、高度竞争的国际环境中引领世界。 尽管NIST不是一个标准制定组织,但我们的专家参与了数千个国家和国际委员会,并提供了技术领导。他们的工作展示了我们对使命的坚定承诺:促进美国的创新和工业竞争力。 当我将近三年前到达时,疫情使我们深刻意识到我们的社会对传染病的脆弱性。NIST的专家挺身而出,帮助国家应对。我们提供了测试材料,以确保SARS-CoV-2测量的质量,以便准确诊断试剂盒可以制作并分发数百万份。 在这一成功之后,我们以创纪录的时间发布了Mpox的测试材料,并随后生产了禽流感的测试材料。这些材料有助于加速检测疾病和保护我们的疫苗的开发——并将帮助我们对抗下一次大流行。 过去几年世界变化如此之大——但不仅仅是因为COVID。 我们现在正在经历的飓风和野火比以往任何时候都要大,破坏性也更强。根据NOAA的数据,更高的海洋温度正在助长更强烈的大西洋飓风。随着我们在自然区域越来越多地建造社区,这些社区内的火灾变得越来越危险,成本也越来越高。 NIST的灾害和失败研究项目正在努力使我们的社区更具韧性,包括通过对飓风玛丽亚和Champlain Towers South的调查。我知道,就像乔普林龙卷风调查、世界贸易中心调查以及其他我们进行的非常复杂的调查和研究一样,我们将提出值得信赖的建议,使我们的家园和建筑更安全,以防止未来的破坏。 我们还研究了野火,并制定了指导方针,通过减少社区与野生地区交界处的棚屋、栅栏和覆盖床等危险因素,使家庭和社区更安全。我们分享了2018年加州营火的教训,包括在没有足够时间安全疏散所有居民时保护生命的策略。 所有这些工作延续了NIST在火灾研究方面令人难以置信的贡献,包括自1974年联邦火灾预防和控制法案以来50年的改进。几十年来,NIST在使家庭、服装和家具更安全方面发挥了关键作用——帮助将美国的火灾死亡率降低了50%以上。 在过去三年中,NIST也加强了国家网络安全的姿态。我们发布了首批后量子密码学标准,这些标准将使国家做好准备,保护我们的加密数据免受未来量子计算机的威胁。 我们更新了我们的网络安全框架,超过100个国家参与其中,使其成为一份全球重要的网络安全文件,已被翻译成包括乌克兰语在内的许多语言。我们还更新了数字身份和面部识别分析的指南,使得开展业务或登机飞机更安全、更高效。我们努力支持国家网络安全劳动力的增长需求——并推动了白宫战略的发展以解决这一需求。 NIST作为国家计量研究院(NMI),提供独特的测量服务,如标准参考材料、数据和校准。所有这些都被工业界用来创新和确保其产品和服务的质量。我很高兴地说,NIST正准备改变世界测量的方式,为国际上对秒的重新定义达成协议做准备。 多年的量子物理现象研究为我们提供了工具,以更好地理解宇宙的运作方式,以及在最小尺度和最低温度下控制和操纵物质。 NIST在量子科学领域不断突破,改进时间测量和导航技术。在过去三年中,我们宣布了量子传感方面的改进,这些改进有助于更好地探测无线电信号和晶体管中的缺陷,以及测量重力、超低压力、声学振动,甚至是在毫米尺度上的广义相对论。 这些进步可以帮助我们更好地理解洪水将流向何方。它们可以带来更好的医疗诊断和治疗方法。它们正在推进通信技术的发展。 NIST始终在展望下一次创新,以及测量科学的关键改进如何帮助我们实现这一目标。我喜欢提醒自己,我经常依赖的导航系统是NIST几十年前进行的量子研究的结果。我对今天在NIST实验室进行的基础研究将带来哪些无处不在的基本技术成果感到兴奋。 在其他工作领域,NIST找到了更好的方法来帮助我们的星球,包括改进对温室气体的监测、将热能转化为电能等。NIST通过更好的通信工具和实践,使我们的第一反应人员更安全、更有效。 他们说,当你做得好时,你通常会得到更多的工作。这对NIST来说绝对是真的。我们在国会和拜登-哈里斯政府送来的许多新挑战中看到了这一点。 NIST被赋予了帮助检测永久性化学品如PFAS和微塑料的任务。我们还被赋予了检测新出现的非法药物如tranq的任务,这些药物出现在我们的街头并危害我们的人民。我们被赋予了积极的时间表,以使我们的数字世界更加安全,并保护国家供应链的安全。我们还被赋予了领导一项努力,使生物制造更安全、更高效,以便在我们健康出现问题时,能够得到我们所需的创新疗法。 对于所有这些任务,NIST的表现正如我们国家所预期的那样:我们在各方面都表现出色。 NIST每天进行的令人难以置信的工作帮助美国公司成长,改善我们的经济,并支持我们在美国已经习惯的生活质量。没有比这更好的使命了。 在我工作的NIST(将近35年了)的所有岁月里,我一直对我身边的优秀人才心存感激。他们对自己的工作非常投入,无论是在测量中添加一个小数点,还是改进一个行政流程。 一次又一次,我见证了NIST的人们体现了其卓越的价值观:卓越、毅力、正直和包容。我知道在我离开NIST之后,他们也会一直这样做。 在这里完成的工作对国家来说价值难以估量,能够担任NIST第17任主任,对我来说是一种荣誉,也是我的荣幸。
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    • 编译者:李衍
    • 发布时间:2023-05-11
    • 据战略科技前沿微信公众号报道,2023年4月25日,美国国家标准与技术研究院(NIST)发布《美国国家半导体技术中心愿景和战略》报告。报告描述了该中心的使命目标、关键计划、治理结构以及其他特点,阐述了美国国家半导体技术中心(NSTC)将如何加快美国开发未来芯片和技术的能力,以保障美国的全球创新领先地位。报告称,美国国家半导体技术中心(NSTC)旨在支持和扩展美国在半导体研究、设计、工程和先进制造方面的领导地位。NSTC将与学术和行业伙伴合作,在全国各地创建附属技术中心,促进一个在规模、广度和侧重点方面都前所未有的研究和创新网络。NSTC将为良好的工作机会打下基础,使美国国内的半导体劳动力得到发展。 一、使命与目标 (一)使命 《为美国半导体制造创造有益激励(CHIPS)法案》(以下简称“法案”)规定:商务部长应与国防部长合作,建立一个国家半导体技术中心,进行先进半导体技术的研究和原型制造、培养美国半导体劳动力,以加强国内供应链的经济竞争力和安全性。该中心应作为公私联合体运营,由私营部门、能源部和国家科学基金会参与。 因此,美国国家半导体技术中心(NSTC)将作为整个半导体生态系统研究和工程的聚集中心,推进和实现颠覆性创新,以确保美国在未来产业中的领导地位。 (二)目标 为履行其法定使命,商务部为NSTC确定了三个总体目标,并希望分阶段建设NSTC,首先建立组织,随后确定早期项目的优先级,并引导重点计划的开发和实施。 目标1:扩大美国在未来应用和产业基础技术方面的领导地位,并加强美国半导体制造生态系统。 (1)在竞争前阶段进行世界一流的研究,产生可供所有参与者使用的设计和工艺技术以及知识产权(IP)。 (2)支持跨生态系统的世界级研究,包括学术机构、政府机构和政府资助的研究机构。 (3)创造重大挑战,支持有针对性的行业路线图,并制定标准以促进广泛的技术开发生态系统协作。 目标2:显著减少成员组织为创新想法进行原型制造的时间和成本。 (1)建立并提供对物理资产的访问,例如端到端原型制造和其他设施和设备。 (2)提供对数字资产和IP的访问,包括设计工具、参考流程、工艺设计套件和数据集。 (3)提供与内部技术人员的接触机会,以协助克服技术和工艺挑战。 (4)创建一个投资基金,旨在吸引大量私人资本进入以半导体为重点的新兴公司。 (5)汇总并管理对商业晶圆厂的多项目晶圆服务的需求。 (6)通过有针对性的访问计划,让传统上不属于半导体行业的社区参与进来。 目标3:建立并维持半导体劳动力发展生态系统。 (1)作为跨行业、学术机构、政府机构和政府资助的研究机构的协调点和资源,提供半导体相关的劳动力数据、培训和发展计划。 (2)鼓励和促进采用多样性、公平性、包容性和可访问性(DEIA)最佳实践和商务部良好工作原则作为所有劳动力投资的基础。 (3)开发和资助劳动力计划,以支持NSTC成员在半导体行业建立和维持职业道路。 二、关键计划领域 NSTC将专注于技术、资产、劳动力三个关键计划领域。 (一)技术领先计划 第一个关键计划领域将侧重于半导体和先进电子技术的领先地位。为此,NSTC将设置以下机制或计划。 1. 重大挑战:重大挑战提供了一种机制,可以协调半导体社区的研发工作以解决更大的问题,服务于建立新的实践社区,并帮助指导进一步的项目投资。同时,吸引传统半导体社区以外的参与者,带来新的见解和专业知识。 2. 技术顾问:为了确定技术重点和重大挑战的具体领域,NSTC将依赖世界级专家的技术建议,这些专家来自工业界、学术界、能源部国家实验室和其他联邦资助的研究和发展中心,以及政府机构。 3. 内部和资助的研究:NSTC将开展和资助与其他机构的研究和合作,主要关注那些将在未来大约5到15年内使行业受益的发展,技术重点由顾问指导并与重大挑战保持一致。 4. 投资基金:法案呼吁与私营部门一起设立投资基金,以支持初创企业以及新企业、学术界和老牌公司之间的合作,旨在促进国内半导体生态系统的创新商业化。 5. 技术交流:通过奖学金、实习和技术交流计划,访问研究人员可以加入在职研究人员的行列,建立一个相互联系的协作社区。鼓励大学建立或使用现有的政府服务休假计划和其他机制,使学生、博士后学者、教师、研究人员、科学家、工程师参加NSTC的活动。 6. 路线图:路线图可以成为跨行业沟通需求和时间线、为研究和商业活动建立明确的目标和可交付成果的有效工具。 7. 标准和协议:NSTC与美国和国际标准机构合作,利用NIST内部的标准开发专业知识,统一供应商和开发商在新兴技术方面的工作,包括小芯粒、先进封装和异构集成。NSTC还将促进工艺和装配设计套件标准的开发,并确保这些标准的适用性。 8. 安全:NSTC将牵头确保国内微电子生态系统的安全。NSTC可以促进安全功能标准的实施,这些标准有助于获硅验证安全性IP的开发和访问。 (二)资产管理计划 NSTC将管理各种物理和数字资产,使广泛的社区受益。为此,NSTC将设置以下机制或计划。 1. 技术中心:NSTC将由总部设施和NSTC附属技术中心的综合网络组成,这些技术中心的位置分布在美国各地。NSTC技术中心网络能够提供端到端制造能力,以实现小批量原型制造和试生产、新材料和器件的实验和测试以及其他研究相关活动。NSTC应努力创建一个开放和协作的研究环境,同时平衡保护技术中心的专有信息的需要。 商务部希望政府实体或计划也可以作为NSTC的附属技术中心,如以半导体制造为重点的美国制造研究所。由于建造新的制造设施的基础设施成本很高,商务部正在探索建立技术中心的几种选择。其中包括建设新设施、收购现有设施,或在NSTC与现有设施之间进行合作,并利用潜在的扩展和升级资金来满足所需的规格。 2. 数字资产:NSTC将寻求新的方法提高设计生态系统的灵活性,包括技术方法和合规管理。NSTC将通过建立基于云的设计支持门户(Design Enablement Gateway)作为半导体无晶圆厂研发的中心,确保IP可以安全共享;通过优先资助EDA和电路设计方面的研究,NSTC将加快新设计的流片时间,以减少代工厂启动新工艺所需的时间,并提高快速验证移植设计的能力。 数据集方面:NSTC将在收集、汇总和共享数据集方面发挥作用,以实现基准测试和运营改进、工具开发、数字孪生创建以及AI模型训练等。这些数据集根据明确的指导方针提供给NSTC成员,这可以大大缩短从电路设计概念到获得硅验证安全性IP的时间并降低成本。 专利方面:NSTC将制定规则和程序来保护其成员的知识产权,包括对知识产权披露、许可和使用的明确程序。作为激励措施,NSTC将努力以合理的成本向成员提供因NSTC资助而产生的知识产权,并促进成员之间适当的知识产权共享。 (三)劳动力计划 劳动力发展是CHIPS激励计划的优先发展事项。NSTC作为一个协调机构和卓越研究中心,将帮助扩大技术劳动力,并充分利用美国政府资助的半导体相关的劳动力计划。 为了实现这些目标,NSTC应该: 1. 与工业界、教育机构、政府机构和政府资助的研究机构合作,确定和推广始终满足行业需求的黄金标准教育模式、体验式学习和培训计划。 2. 创建一个信息交换所,针对教育、经验学习和劳动力培训计划中的研究、最佳实践和机会,进行广泛的收集和传播。 3. 推进半导体和微电子设计领域的职业拓展机会,包括来自弱势群体的个人。 4. 作为一个协作空间来解决产业劳动力的挑战,包括通过召集、调整资源或在产业需求出现时以其他方式提供支持等。 三、治理结构 美国商务部将与国防部合作,根据法案要求,通过公私联盟的方式建立NSTC。在整个半导体生态系统中,NSTC将被视为中立、可信和科学驱动的,其公信力将至关重要。因此,美国商务部将创建一个新的、有目的的、独立的、非营利的实体管理机构,该机构具有必要的中立性、专业知识和领导力以有效支撑NSTC的运营。 (一)运营模式 NSTC的管理结构应谨慎平衡各个公司的专有利益和群体利益。 1. NSTC将确定适当的项目组合及其执行方式,包括NSTC资助执行或联合资助执行。NSTC将采用多种方法来实现目标,包括:为合作项目提供资金、为成员和社区提供收费服务、召集会议活动以促进联合项目开发和路线图制定。 2. NSTC将根据利益相关者的意见建立一个技术中心网络。该网络应确保不同机构的有效集成和工作流程,并确保所有成员的可访问性。 3. NSTC应确定如何最好地聘请行业和教育机构的顾问,根据需要为技术项目、劳动力发展或其他活动提供意见。 (二)财务模式 美国商务部正在制定一种财务模式以指导NSTC的战略发展。《芯片法案》将拨款五年。美国商务部意在以这些资金作为催化剂,建立一个联盟,为未来的研究项目提供资金以应对长期战略挑战,并创建一个可以持续数十年的发展计划。财务模式将探索NSTC的潜在收入来源,并列举未来十年可能发生的成本,以确保满足国家需求的财务模式。NSTC的可能收入来源,除了美国商务部的资助外,还包括会员费、项目服务费、投资基金的回报、知识产权许可费、版税、州政府和地方政府的资助、其他联邦机构以及慈善事业的资助。