我国瓦里关山、兴隆温室气体CO2、CH4和N2O的背景浓度

为了研究中国大陆温室性气体CO₂、CH₄和N₂O大气浓度的区域分布和变化特征以及与人类活动的关系,从1995~2000年,先后在青海瓦里关山全球大气基准站（36°18′N,100°54′E,3810 m）及河北中国科学院兴隆天文台（40°24′N,117°30′E, 940 m）,利用不锈钢瓶取样和气相色谱法分析,观测了两地大气中温室气体CO₂、CH₄和N₂O的浓度及其变化情况。结果表明:兴隆和瓦里关山站CO₂、CH₄和N₂O的同期年平均浓度分别为376.7×10-6和373.5×10-6,1886×10-9和1831×10-9,316.7×10-9和314.9×10-9。从1995~2000年,兴隆站CO₂、CH₄和N₂O的年增长率分别为1.95×10-6,9.02×10-9和0.75×10-9。而瓦里关山站从1997~2000年,CO₂、CH₄和N₂O的年增长率分别为1.41×10-6,9.95×10-9和0.82×10-9。两地大气中三种气体的浓度与年增长率与全球同类台站的观测结果接近。同时也在一定程度上反映了各自不同的环境背景特征。     

瓦里关温室气体本底研究的主要进展

由于温室气体浓度显著增长及其在气候与环境变化中的作用,国际上众多的科学计划和观测体系都把它们的时空分布、源汇及趋势列为重要内容,获得的各种资料在评价人类活动对气候和环境的影响及有关对策研究中起着关键作用。文章阐述了在中国内陆本底地区开展温室气体长期、定点观测的意义和必要性,系统地讨论了10多年来中国瓦里关本底站温室气体本底研究的主要进展。利用瓦里关经严格国际比对和质量控制的大气CO2、CH4长期观测资料,结合同期的地面风资料进行统计分析,建立了瓦里关大气CO2和CH4本底资料筛选方法;利用本底观测资料,研究了瓦里关大气CO2及其δ13C、CH4和CO本底变化及源汇特征所体现的亚洲内陆地域特点和全球代表性,并进一步与同期、同纬度海洋边界层参比值(MBL)以及北半球其他6个大气本底站同期观测数据对比分析,发现了瓦里关大气CH4和CO独特的季节变化并探讨了成因;根据空气团后向轨迹簇所途经的下垫面源汇同观测的大气CO2和CH4浓度变化之间的关系,探讨了瓦里关大气CO2和CH4的输送来源;利用Hysplit-4扩散与输送模式,计算了冬、夏典型月份人为源和自然生态系统源汇对瓦里关大气CO2浓度变化的贡献。并在现有基础上,提出了有待进一步解决的科学问题。     

典型高碳排放城市临汾温室气体时空分布特征及影响因素

利用山西省临汾城市站2013—2018年CO₂、CH₄摩尔分数及气温、相对湿度、风速风向观测资料,以及欧洲中期天气预报中心ERA-5 PBL(planet boundary layer)再分析资料和美国国家环境预报中心GDAS(global data assimilation system)再分析资料,分析高碳排放城市临汾两种温室气体浓度的时空分布特征及影响因素。结果表明：临汾市年平均CO₂和CH₄摩尔分数分别为441.7×10^-6和2359.5×10^-9,均高于全球平均值、青海瓦里关本底站以及上海浦东等城市站,且春、秋、冬季两种气体浓度具有极显著的正相关,临汾市人为碳排放是碳循环的主导因素。临汾市CO₂和CH₄摩尔分数呈明显的“单峰单谷型”月际变化,冬季两种气体摩尔分数均最高,而CO₂夏季最低,CH₄春季最低;CO₂和CH₄...     

地面风对瓦里关山大气CH4本底浓度的影响分析

使用1994年7月至1996年12月大气CH₄和地面风现场连续观测资料，分析了瓦里关全球大气本底基准站（36°17′N, 100°54′E，海拔3816 m）地面风变化对大气CH₄本底浓度的影响。结果表明，水平风向、风速和垂直风向、风速的变化对大气CH₄观测值的影响在春、夏、秋、冬季有明显不同，水平风向NE—ENE—E为CH₄测量最主要的局地影响非本底扇区，静风及水平风速大于10 m/s、垂直风速大于±1 m/s对观测结果都有较大影响；由的统计平均还给出了此段期间瓦里关大气CH₄在不同季节的浓度分布范围和日变化类型，并分析了可能成因；将地面风数据作为大气CH₄本底资料的过滤因子之一，提出了适用于不同使用目的和要求的我国内陆高原大气CH₄本底数据筛选方法，本底数据留存率约为原始资料量的50%。     

临安区域大气本底站温室气体研究进展

为研究我国长江三角洲区域温室气体本底浓度变化的时空分布特征,自2006年以来,临安区域大气本底站开展了温室气体瓶采样的观测实验。2008年开始,陆续开展温室气体在线观测项目。观测结果将探明我国长江三角洲区域温室气体浓度时空分布、变化趋势、源汇特征。     

瓦里关大气本底观象台CO2、CH4观测过程的质量控制

以中国大气本底基准观象台的温室气体(CO2、CH4)观测仪器为例,从仪器运行的稳定性和各级标准气体标定两个方面介绍了温室气体观测数据的质量控制方法.结果表明,瓦里关大气本底台的CO2、CH4观测仪器运行稳定,观测数据具有很高的精确度和可信度.经过严格质量控制的温室气体实时测量数据报送到世界气象组织下属的温室气体数据中心,成为各国科学家分析欧亚大陆温室气体本底浓度的主要依据.     

中国气象局温室气体在线观测项目工作进展

2008年7月,中国气象局确定了今后一个时期应对气候变化的六大重点任务.加强温室气体在线监测分析能力建设,为气候变化的科学研究、节能减排等提供有力科技支撑就是其中一项重要工作.温室气体在线观测项目(一期)建设包括在我国4个大气本底站(青海瓦里关、北京上甸子、浙汀临安、黑龙江龙凤山)建成2种主要温室气体(二氧化碳和甲烷)在线观测系统,2008年底之前卜传观测资料,为了解各站所在地温室气体本底浓度变化及地区间差异,进一步分析评估不同地区之间的相互影响、测算排放源和吸收汇的动态变化奠定基础,为我国应对气候变化的内政、外交提供科技支撑.     

面向我国碳中和、碳达峰的大气甲烷观测卫星现状与发展趋势分析

甲烷（CH₄）是辐射强迫仅次于二氧化碳（CO₂）的重要温室气体,减少CH₄排放是控制全球增温,实现碳中和目标的必要手段。面对碳中和战略需求,快速定位排放源并定量监测CH₄排放量,准确估算全球和区域CH₄源汇分布,对减排措施的制定、实施和评价均具有重要的现实意义。此外,结合长期CH₄观测数据和气候系统模型探索大气CH₄浓度变化规律,是预测和积极应对气候变化的前提。IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版正式提出了利用“自上而下”方法计算通量、核验排放清单的方法,表明获取全球范围内的高精度高时空分辨率CH₄观测数据势在必行。为了实现碳中和目标,本文首先从大气CH₄研究需解决的几个关键科学问题入手,分析了CH₄的星载探测需求,总结了CH₄星载探测的现状和发展趋势,并简要介绍了中国第二代碳卫星的设计思路。同时,星载CH₄探测还依赖于高精度的反演算法提供可靠的数据产品,以实现监测和实际应用的目的。因此,本文进一步阐述了卫星遥感CH₄反演算法及相应数据产品在排放量监测和通量反演中的应用,论述了提升反演算法计算效率和精度,开发甲烷烟羽快速识别算法和建立通量反演算法的必要性。最后,本文从探测、数据获取和应用的角度进行总结,表明了CH₄卫星观测在碳中和目标实践中的科学应用潜能。     

中国4个国家级野外站大气CH4本底浓度变化特征

CH4是仅次于CO2的重要温室气体。2006年9月至2008年8月期间,按全球大气本底观测要求,在青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级野外站开展每周一次空气样品flask瓶采样分析,获得了该地区为期2 a的大气CH4本底浓度资料。结果表明,2 a间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山4站CH4浓度年均增幅分别为9.1×10-9、3.8×10-9、21.8×10-9和8.2×10-9;瓦里关站大气CH4浓度增长趋势与全球平均状况较为接近,能较好地反映北半球中高纬度内陆地区大气本底特征;但上甸子站年均本底值相对较低且季振幅偏小,而龙凤山和临安站季节变化规律相似,表现为CH4浓度冬季高而夏季偏低且季振幅较大。     

山西省城市大气CO2本底筛分对比及特征分析

基于典型城市站太原站2018年3月—2019年2月的大气CO₂在线观测资料,利用筛分法(Meteorological filtering method, MET)和黑碳示踪法(Black Carbon tracer, BC)进行本底/非本底的筛分,得到了本底浓度的变化特征。结果表明,太原大气CO₂浓度季均值冬季最高,夏季最低;不同季节呈“单峰型”日变化特征,日振幅均在26.0×10^-6以上;4个季节CO₂浓度与地面风速存在显著负相关关系;CO₂浓度抬升区域主要受当地工业布局的影响,最大抬升幅度在秋季达17.4×10^-6;使用气象筛分法(MET)得到年均本底浓度为(431.4±19.9)×10^-6,人为排放等对其影响为23.5×10^-6,年振幅比同纬度其它本底站大,为34.5×10^-6;黑碳示踪法(BC)得到冬季季均本底浓度为(445.0±22.9)×10^-6,比MET筛...     

中国大气本底观测:减污降碳背景下主要大气成分变化趋势

大气成分变化对天气气候、环境生态,以及人体健康、社会生活等都有重要影响.只有通过长期观测,了解这些大气成分的浓度水平、变化趋势、相关源汇过程,才能准确地评估人类活动对当前地球气候、环境和生态系统造成的影响,保护人类发展和生存条件.本文概括介绍了世界气象组织全球大气监测计划(WMO/GAW)和我国开展大气本底观测的发展历...     

区域站和基准站气溶胶的分析

文章讨论了秋季（1994年10月）和冬季（1995年1月）在中国西部青海省共和县瓦里关山（36°17′N，100°54′E，海拔3816 m）基准站和中国东北黑龙江省五常县的龙凤山（44°44′N，127°36′E，海拔331 m）及中国东南沿海的浙江省临安县的横畈乡（30°18′N，119°44′E，海拔131 m）两个区域本底站（上述3站均属WMO）所采集的气溶胶样品的质量浓度、可溶性离子浓度的时空分布特征和变化规律。初步得出:气溶胶质量浓度和可溶性离子浓度以临安为最高。其次是龙凤山，而瓦里关山为最低     

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O),是重要的人为温室气体排放源.基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH4和N2O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景(低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050...     

CMIP6情景中主要温室气体和气溶胶排放强度的时空分布特征分析

基于不同共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSPs）形成的8组最新的未来可能情景（SSPx-y情景）,被用于第六次耦合模式比较计划（CMIP6）,以据此来预估未来气候变化的可能幅度和趋势。本文主要对比分析了8组SSPx-y新情景中主要温室气体和气溶胶排放数据的基准年排放强度分布、未来排放强度的时空变化、以及在6个典型区域排放强度的逐年变化等特征。结果表明:二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、黑碳（BC）、二氧化硫（SO₂）在基准年的排放强度高值区都位于东亚和南亚。相比于基准年,2100年CO₂和CH₄在高和低辐射强迫情景下表现出的排放强度变化有显著差异。此外,所有情景下2100年的BC和SO₂全球平均排放强度都弱于基准年的排放强度。在时间变化上,随着生物质能碳捕获与封存技术的不断进步,所有地区在4组不超过3.4 W/m2的低辐射强迫情景下,CO₂排放强度到2100年都呈现负值。其中,南美洲的负排放最强,2100年在SSP5-3.4情景下该地区的排放强度为－0.3 kg m－2 a－1。最后,对比东亚和南亚排放强度的逐年变化可以发现,在各情景所描述的未来发展过程中,东亚的减排行动的成效都要好于南亚。     

近千年东亚季风变化统计动力反演与驱动机制研究

利用观测数据和非线性统计-动力学方法,构建了东亚季风变化的动力方程。量化了单因子强迫及各因子间相互作用在东亚季风演化中的相对贡献率,为东亚季风驱动机制研究提供了量化参考。研究发现:（1）过去千年东亚季风是多种因子共同作用下的复杂非线性动力系统。有些因子以起驱动作用为主,则有些以反馈调节作用为主,因子间交互作用与东亚季风演化存在耦合效应机制。（2）季风的驱动力主要来源于副热带太平洋海表温度、青藏高原动力热力强迫、CO₂和N₂O交叉项、太阳辐射和N₂O交叉项、CO₂与CH₄交叉项等的耦合作用机制;调节作用主要是石笋δ18O指代的地理位置、单因子CO₂浓度、太阳辐射变化、CH₄与N₂O交叉项、太阳辐射与ENSO交叉项等的耦合作用机制。温室气体（CO₂、CH₄与N₂O）浓度对东亚季风演化的驱动与调节作用贡献较大。（3）通过动力反演机制推论副热带太平洋和热带西太平洋对东亚季风均有驱动作用,但主要驱动力来自副热带太平洋,即驱动东亚季风变化的主源地在副热带太平洋海区,次源地在热带西太平洋海区。（4）由海-陆温差对季风演变贡献大小推测石笋δ18O指代的也主要是夏季风信息。      

中国城市矿产开发对温室气体减排的影响分析

随着我国城市矿产开发的大力进行,其各方面的积极效益日益凸显。本文分析了我国城市矿产开发利用现状,并利用IPCC 提供的温室气体排放清单计算方法,对2011-2014 年我国废钢铁、废纸和废塑料的回收引起的CO₂ 和CH₄ 减排量进行统计分析。结果表明：2011-2014 年我国主要城市矿产开发的再生资源累计回收量为803.275 Mt,其中废钢铁、废纸和废塑料回收量最大,分别占2014 年回收总量的62.2%、18.0% 和8.2%;2011-2014 年废钢铁、废纸和废塑料回收引起的温室气体累计减排量分别为27.962 Mt CO₂-eq,954.695 Mt CO₂-eq 和22.502 Mt CO₂-eq,合计 1005.159 Mt CO₂-eq,温室气体减排效益明显。     

长江下游农业生态区CO2通量的观测试验

利用2001年6月10日~7月20日在安徽省全椒县稻田和2002年6月10日~7月20日在肥西县农作物混作区观测的近地层CO₂和能量通量资料，对农作物混作区和稻田CO₂通量特征进行了比较。结果表明:平均情况下，观测期内稻田白天(夜间)吸收(放出) CO₂为55.16 g·m-2(14.19 g·m-2)；农作物混作区白天(夜间)吸收(放出) C02为22.67 g·m”(12.40 g·m-2)；稻田白天吸收的CO₂通量随水稻生长而逐渐增加，夜间放出的CO₂在拔节期最高；农作物混作区CO₂通量在整个观测期并没有显著改变；稻田和农作物混作区均为大气CO₂的汇。对CO₂通量与光合有效辐射的关系分析表明:白天稻田吸收的CO₂通量与到达地面的光合有效辐射存在着显著的负相关关系。文中结果为数值模拟稻田与近地层大气CO₂交换提供了重要依据。