基于OCO-2卫星观测模拟高精度XCO2的空间分布

本文首次基于OCO-2卫星观测数据,采用高精度曲面建模（High Accuracy Surface Modeling, HASM）的方法来模拟大范围高精度的二氧化碳柱浓度（XCO₂）的空间分布。首先,探讨分析HASM方法应用于模拟OCO-2卫星观测XCO₂的空间分布的可行性。从2014年9月至2015年8月OCO-2观测的12个月的XCO₂数据中,分别随机选取其各个月90%的XCO₂数据用于空间插值,剩余10%作为精度验证点。自验证结果表明,12个月的平均绝对值误差为0.34 ppm。由此可见,HASM适用于模拟OCO-2卫星观测XCO₂的空间分布。然后,采用HASM对OCO-2在2014年9月至2015年8月的各个月观测数据进行空间插值,获取空间分辨率为0.5°×0.5°的各个月均值XCO₂的空间分布,同时基于地基观测TCCON( Total Carbon Column Observing Network)站的XCO₂数据对HASM模拟结果进行交叉验证。验证结果表明,HASM模拟的XCO₂与TCCON站对应观测数据相比,其平均绝对值误差为0.81 ppm,相关系数为0.88。因此,HASM在模拟OCO-2卫星观测的XCO₂空间分布上具有很大的优势。     

阿尔及利亚In Salah油田CO2地质封存示范工程的启示

阿尔及利亚In Salah油田CO₂地质封存工程是全球首个陆地具有工业规模的CO₂地质封存示范工程,具有断裂特征复杂、地质力学响应明显、监测方案多样等特点。通过对该示范工程进行解剖,分析了整个项目在地质特征、地质力学分析、注入方案、监测方案等方面的经验和教训,讨论了碳捕获、利用与封存(CCUS)示范工程面对的挑战和启示。结果表明：(1)断裂复杂的场地可用于CO₂地质封存,但CO₂注入前期需制定相应的监测方案,明确具体渗漏风险,后期在运行阶段进行调整;(2)基于CO₂地质封存的安全性考虑,定期进行风险评估,需对储层、盖层的地质和地质力学进行详细的表征,建立考虑安全性的地质-渗流-应力耦合模型;(3)合成孔径干涉雷达测量(InSAR)数据对于明确CO₂注入的地质力学响应非常有利,但需要与高精度的储层、盖层数据相结合。这对于开展“双碳”目标下CCUS示范工程具有重要意义,可以为国内今后开展CCUS或CO₂捕集或封存(CCS)大型示范工程提供...     

对流层中层与近地面大气二氧化碳浓度的比较研究

通过地基观测站点的实测数据,首次证实大气温室效应是由人为排放造成的,地表能量平衡受二氧化碳（CO₂）浓度水平的影响。因此,分析CO₂浓度时空分布特征,从而探究其源汇、控制其排放尤为重要。本文采用AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）对流层中层CO₂浓度数据及GOSAT（Greenhouse gases Observing SATellite）近地面CO₂浓度数据,对比研究了CO₂浓度在对流层中层及近地面的时空分布特征差异。结果表明,AIRS探测到的对流层中层CO₂浓度,在时空上普遍高于GOSAT探测到的近地面CO₂值,高值区位于30°~90°N,浓度多集中在390~395 ppm,这与AIRS探测的对流层中层CO₂浓度已充分混合相关;而GOSAT CO₂浓度高值区则位于热带、亚热带人口众多的地域,如非洲和中国东部沿海地区等人类活动活跃地带,这也表明GOSAT探测近地面CO₂的重要性,其可弥补地基站点测量在空间分布上的不足。本文进一步对比分析了CO₂浓度在海陆及南北半球的差异特征及影响原因,CO₂在海洋及陆地区域的平均浓度具有相似的时间波动特征,但其浓度在陆地几乎始终高于海洋,这与人类活动释放大量的CO₂密切相关。CO₂浓度在南北半球存在明显的差异,这是因为南半球的季节变化规律与北半球相反,且由于化石燃料燃烧及土地利用变化等主要集中在北半球,因而北半球CO₂浓度高于南半球。此外,本文还对NUCAPS（NOAA/NESDIS/STAR NOAA Unique CrIS/ATMS Processing System）反演得到的CrIS（Cross-track Infrared Sounder）CO₂柱平均浓度及廓线产品做了初步分析,发现其与AIRS、GOSAT CO₂分析结果一致。     

珠江口盆地CO2分布特征与成藏机制浅析

珠江口盆地多个凹陷均有钻井钻遇CO₂气体, 个别井钻遇的CO₂体积分数高达90%以上, 这些CO₂气体直接驱替了早期油藏或影响了油气充注规模, 增加了勘探风险。运用钻井数据、地球化学分析数据、重磁研究结果, 通过分析CO₂分布特征, 总结CO₂分布与断裂、火成岩的关系, 明确CO₂分布的主控因素, 预测珠江口盆地高CO₂风险带的分布。研究表明: 珠江口盆地对油气成藏有影响的CO₂主要为无机幔源成因, 受区域盖层和储层的控制, CO₂主要分布在上渐新统到下中新统地层及以下地层, 向上CO₂逐渐减少, 同时无机幔源CO₂分布明显受控于断裂体系, 与基底断裂和火成岩体具有较好的对应关系。无机CO₂气源主要为幔源岩浆的脱气作用, 垂向运移主要受不同级别断裂控制, 尤其该区深大断裂和基底长期活动断裂起到了很大作用, 因此幔源岩浆活动与断裂体系是CO₂汇聚的主控因素。由于珠江口盆地不同凹陷结构差异的影响, 幔源CO₂运聚成藏机制可概括为两类: 一是在北部坳陷带, 地壳厚度大, CO₂沿着深大断裂逐级向中上地壳运移形成"中转站", 然后在基底断裂的沟通下向浅层运移成藏; 二是在珠二坳陷, 由于地壳减薄作用, 并且发育拆离体系, 幔源岩浆首先到达拆离面, 脱出的CO₂沿着拆离面运移, 当遇到深切至拆离面的断裂后继续向浅层运移成藏。基于以上分析并结合运聚条件预测出珠江口盆地分布着7个高CO₂风险带, 这7个高CO₂风险带均位于深大断裂带附近, 并且周边火成岩较为发育。      

地表CO2浓度分布模拟试验及分析

如何获取CO₂浓度时空分布特征,是气候变化研究中的一个关键问题。本文基于中国碳卫星在吉林航飞试验区的地面观测数据,分析地表CO₂浓度与环境变量的相关关系,运用多元线性回归与HASM高精度曲面建模相结合的方法,模拟航飞区地表CO₂浓度分布格局。结果表明：CO₂浓度空间分布受气象条件的影响较大,短波辐射是影响CO₂浓度的重要因素;第1时段整体浓度最高,特别是在西部区域;第2时段CO₂浓度高值区东移,呈现西低东高的分布特点;第3时段浓度空间分布与第2时段有类似的特征,但细节存在差异,且高值区缩小;精度对比显示在采样点较少及采样密度不大的情况下,HASM方法的模拟误差小于Kriging方法。因此,这种使用多元线性回归模型通过引入环境变量获得高分辨率趋势面,结合HASM模型进行修正残差提高模拟结果精度的手段,可作为模拟地表CO₂浓度时空分布的有效方法。     

咸水层CO2 矿物封存数值模拟研究进展

CO₂ 咸水层封存是目前减少CO₂ 排放的最有效方法之一。矿物封存由于其稳定持久而被认为是最安全的封存形式,
因此矿物封存成为目前CO2 咸水层封存研究的重点。在CO2 咸水层封存过程中由于发生的化学反应非常缓慢,数值模拟是目前
最主要的研究手段之一。概述了国内外CO₂ 咸水层矿物封存数值模拟方面的研究成果,着重分析了两大类储层(砂岩层和碳酸
盐岩层)在封存CO₂ 过程中的地球化学反应以及化学反应对储/盖层的影响,同时对矿物封存数值模拟中的影响因素进行了总
结。最后阐释了目前矿物封存数值模拟研究存在的难点和困难,认为不确定性分析将是未来需要重视的研究方向。      

超临界CO2增强热卤水开采模型研究

面对全球气候变化和能源紧缺的巨大压力,CO₂地质利用技术成为研究的焦点。为了实现CO₂减排及资源化利用,提出了利用超临界CO₂增强卤水提取和地热能开采的CO₂地质利用集成系统的概念。通过建立CO₂注入热卤水储层的质量平衡模型,分析了不同流量的卤水生产、CO₂注入以及储层边界流对储层变化的影响,初步评估了该系统的CO₂封存量、卤水提取量以及储层流体组成变化的时间尺度。研究表明,注入CO₂提供了热卤水层的压力维持,促进卤水和地热资源的可持续开采,对于江陵凹陷研究区9×108 m3的储层有效体积,注入9.95×106 t CO₂可提取17.12×106 t卤水,时间尺度超过30 a。对于50~1 000 kg/s的卤水生产速度,可以产生0.9~18.8 MW电力。同时,该技术增加了CO₂的封存容量和效率,有利于CO₂大规模安全封存,经济和环境效益显著。      

ChinaFLUX CO2通量数据处理系统与应用

CO₂通量观测数据的规范处理及其高质量数据产品的发布,是CO₂通量及其相关领域研究的前提和基础。为解决目前通量观测数据处理工作中存在的过程繁琐、方法不统一、处理不及时等问题,本研究以MATLAB为开发工具,利用其强大的数学计算功能和可视化GUI技术,集成目前主要的通量数据处理方法,开发了一套具有自主知识产权的中国通量网(ChinaFLUX)通量观测数据处理系统。该系统的处理对象为30min的CO₂通量观测数据,其主要处理步骤包括湍流通量计算、观测数据的质量控制/质量保证、缺失观测数据的插补,以及不同时间尺度下碳交换量的分解和计算等。该系统自动化程度高、可视化程度强,为ChinaFLUX通量观测数据处理及服务提供了一个良好的平台。     

中国区域近地面CO2时空分布特征研究

本文利用2009年6月至2010年5月日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、日本环境署（MOE）与日本环境研究（NIES）所等联合开发的全球首颗专用温室气体观测卫星“呼吸号”（GOSAT）上的被动红外探测器（TANSO）官方反演的近地面975hPa左右的CO₂浓度L4B数据产品,采用ArcGIS地统计分析方法,对比瓦里关全球大气本底站地面观测数据进行真实性检验,分析中国区域近地面CO₂浓度分布的时空变化特征。结果表明：中国区域近地面CO₂浓度空间分布集中,东高西低,差异显著;CO₂浓度具有明显的季节变化特征,月平均浓度4月份（春季）升至最高,7月份（夏季）降至最低。结合“中国统计年鉴2012”中的2009年人口密度、能源消费总量（煤）和GDP等辅助数据对比发现：导致中国近地面CO₂浓度空间分布规律的原因多种多样,不可轻易定论是人为或自然使然,需进一步深入研究。     

珠江口盆地白云-荔湾深水区幔源CO2充注的黏土矿物成岩响应

珠江口盆地白云-荔湾深水区油气勘探中钻遇大量高含量CO₂气层,使得如何规避高CO₂风险成为当前面临的挑战。通过工区充注CO₂的储层砂岩黏土矿物X射线衍射（XRD）、流体包裹体显微测温和稀有气体同位素组成等分析,明确了幔源无机CO₂的成因,并运用黏土矿物特征讨论高温幔源无机CO₂充注的黏土矿物成岩响应:有序带倒转和大量自生高岭石的生成。依据CO₂气井的XRD全定量分析数据剖面图将幔源无机CO₂气层段的黏土矿物组合分为3类:Ⅰ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~25%之间,有序度处于R₂~R₃带,高岭石体积分数高;Ⅱ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于10%~15%,有序度为R₂~R₃带,自生高岭石体积分数低;Ⅲ类为I/S混层黏土矿物中S体积分数介于50%~60%,有序度为R₀带,高岭石体积分数低。总结出幔源CO₂在珠江组和珠海组中存在2种运聚模式:一是幔源CO₂通过与基性岩浆连通的深大断裂垂直向上运聚;二是垂直向上运移后通过连通砂体侧向长距离运聚。研究结果对珠江口盆地白云-荔湾深水区下一步油气勘探规避高含量CO₂风险具有指导作用。      

土壤中CO2、SO2和H2S气体测量:一种适用于覆盖区找矿的化探方法

为了研究CO₂、SO₂和H₂S气体测量方法在覆盖区隐伏矿勘查的应用效果,采用气体快速分析仪对内蒙古拜仁达坝银铅锌矿、江西景德镇朱溪钨铜矿和江西乐平月形铜矿开展了CO₂、SO₂和H₂S气体测量试验性研究。结果表明,采用CO₂、SO₂和H₂S气体测量,能有效发现隐伏矿的信息,勘探深度能达到1 000 m。该方法操作简便,可以现场读数,是一种非常有前景的覆盖区找矿方法。      

CO2协同低温有水对卵形鲳鲹麻醉保活效果的影响

【目的】探究二氧化碳CO₂麻醉协同低温对卵形鲳鲹有水保活的影响,延长卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)的保活时间。【方法】研究保活过程中CO₂质量浓度、麻醉时间、麻醉温度和鱼质量水比对卵形鲳鲹有水保活时长的影响;在最佳麻醉保活条件下,测定其血清生化指标、肌肉及肝脏氧化应激指标及代谢指标。【结果】卵形鲳鲹在16℃、100 mg/L CO₂水溶液中麻醉3 min其麻醉效果最佳。在15℃低温下进行有水保活,鱼水质量比为2∶1,存活时间最长,为(359±2)min,此条件下复苏率达100%。经过CO₂麻醉协同低温有水保活后的卵形鲳鲹血清谷草转氨酶(GOT)活性显著升高(P<0.05)、尿素氮(BUN)和甘油三酯(TG)含量上升,血糖含量下降。肌肉中的乳酸脱氢酶(LDH)活性显著上升(P<0.05),乳酸(LD)和糖原含量上升,过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量下降;肝脏中的LDH活性显著上升(P<0.05)、CAT活性和LD的含量上升,MDA和糖原的含量下降。【结论】CO₂协同低温有水对卵形鲳鲹有较好的麻醉效果,有助于保活运输。在保活过程中卵形鲳鲹通过提升能量代谢水平和抗氧化能力应答环境应激,在一定程度上影响卵形鲳鲹保活过程的存活时间。     

CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO₂与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统（EGS）渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO₂-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO₂基增强型地热系统CO₂-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO₂-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO₂-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO₂作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO₂的热动力学特征、换热效率,CO₂-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO₂-EGS经济性的因素,以及CO₂-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO₂-EGS的开发奠定基础。      

土地利用/覆盖的空气污染效应分析

以长株潭城市群核心区为对象,运用GIS和RS技术获取研究区土地利用/覆盖和空气污染分布格局,结合景观指数移动窗口分析结果,分年均和季节时间尺度分析NO₂、PM₁₀、O₃、PM_2.5浓度空间分布特征与土地利用格局的耦合关系。结果表明：长株潭城市群土地利用/覆盖,对空气污染物浓度的变化影响显著,具有季节效应。建设用地和道路面积占比与NO₂、PM_2.5浓度显著正相关,与O₃浓度呈显著负相关;林地面积占比越大,NO₂、PM_2.5浓度越低;土地利用/覆盖对PM₁₀浓度影响相对不稳定,易受不同季节局地尺度工业生产和建筑开发活动影响。从土地利用/覆盖微观配置角度,景观破碎程度越高,PM₁₀浓度越高;散布与并列指数越大,NO₂和PM_2.5浓度越高、O₃浓度越低;多样性指数与PM_2.5浓度显著正相关。从优化土地利用降低空气污染角度创建的长株潭城市群生态绿心区的作用尚未真正展现。研究结果对明确反映土地利用/覆盖与空气污染特征间的关系,指导城市土地利用活动的合理开发具有重要的价值。     

大气CO2浓度非均匀分布及其对地表升温影响的研究进展与展望

在气候变化和全球治理挑战日益严峻的背景下,CO₂排放及代价评估日益受到学术界和决策者的关注。当前全球范围包括联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估在内的几乎所有研究都是基于全球平均CO₂浓度来驱动气候模式的,但基于全球CO₂平均分布设定开展模拟影响评估在学术界多有争议。首先,综述了大气CO₂非均匀分布的证据,评述了大气CO₂浓度非均匀分布与地表升温过程的互馈机制。其次,从自然和人为2个维度,梳理了大气CO₂浓度非均匀分布形成的原因,并评估了其对地表升温的影响。最后,评述了当前大气CO₂浓度非均匀分布研究中存在的问题,进一步展望了其发展趋势,为把握全球与区域碳排放现状及气候变化影响提供科学判据。     

安阳南断裂带土壤H2、Rn地球化学特征

为研究安阳南断裂带土壤气体地球化学特征及构造地球化学背景，采用野外流动测量的方法对安阳南断裂带宗村段开展2期土壤H₂和Rn的重复观测。结果表明，第1期H₂和Rn的浓度范围分别为（0.66~58.56）×10^-6 和15~123 kBq/m³，背景值分别为6.87×10^-6和52.49 kBq/m³；第2期H₂和Rn的浓度范围分别为（0.36~29.73）×10^-6和28.2~103 kBq/m³，背景值分别为0.89×10^-6和47.49 kBq/m³。2期H2和Rn的测量结果均显示，在距测量起点210~300 m处气体浓度出现高值异常，气体在断裂带附近较为富集，对断层位置有一定的指示作用，利用断层气H2和Rn探测隐伏断裂的浅层位置在该区具有可行性。     

基于LUR的二氧化氮浓度空间分布模拟及其下垫面影响因素分析

随着经济的快速发展,空气污染已经成为当今重要的环境问题,引起公众的广泛关注,二氧化氮（NO₂）作为主要的空气污染物之一,成为相关研究的重点。通过监测数据发现,二氧化氮质量浓度值的空间分布具有区域性差异,所以对其空间分布模拟,以及形成区域差异的下垫面影响因素分析,具有重要的研究价值。土地利用回归模型（Land-use Regression,LUR）是将统计方法中的回归模型与空间上的土地利用数据、监测数据和其他相关的地理数据结合分析并在地图上显示的方法。本文结合缓冲区分析、叠加分析、Spearman相关性分析、多元回归分析等方法构建土地利用回归模型（Land Use Regression,LUR）,用于识别与NO₂浓度相关的下垫面影响因素,并模拟NO₂质量浓度的空间分布。LUR模型可以模拟出NO₂质量浓度空间分布特征,并针对下垫面影响因素得到以下结论：城乡居住地及工业用地面积增加、污染源的距离减少和道路长度增加会导致NO₂浓度升高;耕地面积、绿地面积和水域面积的增加会导致NO₂浓度减少;NO₂浓度最高的区域主要集中在工业园区;NO₂浓度值从城区到郊区递减,需要通过改变工业区结构和增加绿地面积来减少城区的NO₂浓度。     

典型人类活动对关中平原城市群PM2.5浓度的影响

为应对突发公共卫生事件而采取的流动限制性措施,为研究人类活动对PM_2.5浓度的影响提供了一个独特的自然实验环境,但该期间关中平原城市群PM_2.5浓度分布及驱动力有何变化尚缺乏关注。基于2018～2020年PM_2.5遥感反演数据,采用空间自相关分析、地理探测器和多尺度地理加权回归(MGWR)模型,分析2020年2月至3月实施流动限制性措施期间关中平原城市群PM_2.5浓度及驱动因子的时空演变特征。结果表明：(1)2020年2月至3月PM_2.5浓度显著下降,2020年2月热点减少,3月冷点减少。(2)相比历年同期,所有人为因素单因子在2020年2月对关中平原城市群PM_2.5浓度的解释力最低,自然因素解释力较高。其中,工厂兴趣点分布(POI＿D)及路网分布(RD)解释力相比历年同期平均解释力降幅最大,分别为20.3%和38.6%。所有人为因素双因子交互影响解释力在2020年2月最低。(3)所有人为因素在2020年2月对关中平原城市群PM_2.5...     

融合GNSS水汽、风速与大气污染物的河北省冬季PM2.5浓度预测研究

为提高PM_2.5浓度预测的时效和精度,本文综合大气污染物、GNSS水汽和风速等观测要素,利用FFT与LSTM神经网络方法构建PM_2.5浓度预测模型,开展未来24 h的PM_2.5浓度预测研究。首先对大气污染物、GNSS水汽和风速等观测要素进行快速傅里叶变换,提取各类要素的公共变化周期,获得最佳公共周期为216 h;然后选取最佳公共周期长度的各类要素作为模型输入,24 h序列的PM_2.5浓度作为模型输出,分别以PM_2.5单要素的RBF神经网络和融合大气污染物、风速、GNSS水汽的LSTM神经网络构建PM_2.5浓度预测模型;最后利用实测PM_2.5浓度序列分别对2种模型开展外部可靠性检验,将RMSE和IA作为评价指标进行模型精度评价。研究结果表明,基于FFT-LSTM的PM_2.5浓度预测模型的RMSE和IA分别为16.22 μg/m³和84.36%,模型预测精度较好,可有效预测未来24 h的PM_2.5浓度,该模型可为大气污染防治部门空气质量预测提供参考。     

辽宁朝阳-北票断裂跨断层水准与断层土壤气地球化学特征对比分析

对朝阳-北票断裂上的北票黄花营子水准场地和朝阳桃花吐水准场地进行跨断层土壤气Rn、CO₂、CO和H₂浓度测量,结果表明,黄花营子水准场地土壤气Rn、CO₂、CO和H₂浓度变化范围分别为1.027~14.35 kBq/m³、0.1%~0.77%、0.2~1.4 ppm和21.45~303.4 ppm;桃花吐水准场地土壤气Rn、CO₂、CO和H₂浓度变化范围分别为1.88~18.15 kBq/m³、0.23%~4.53%、0.2~2.6 ppm和12.03~399 ppm。土壤气地球化学分析结果表明,Rn、CO₂、CO和H₂浓度在水准测线范围内具有准同步高值异常变化特征,且测线内多点浓度高于异常下限,揭示朝阳-北票主干断裂在2处水准测线范围内经过,水准数据自2018年以来出现的张性变化真实可靠,主要与构造活动作用增强有关。