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GOSAT卫星在监测大气二氧化碳中的应用

范文

吕政翰

哈尔滨师范大学黑龙江省普通高等学校地理环境遥感监测重点实验室黑龙江哈尔滨150025

摘要：随着世界经济的飞速发展，大量的温室气体排放到空气中，并且因此产生的温室效应引發了一系列极端气候灾害，破坏了自然生态平衡。通过利用全球首颗温室气体专用监测卫星（GOSAT）观测对流层大气CO2浓度时空变化，有助于理解和掌握区域碳源碳汇信息，控制温室气体排放，减缓全球大气CO2浓度增长速率，对于制定和实施可持续发展政策具有重要意义和参考作用。

关键词：GOSAT;二氧化碳;时空变化

1绪论

工业革命以来，化石燃料的燃烧向大气中排放了大量的温室气体，温室气体通过温室效应，吸收地表和大气发射的长波辐射，影响地气系统辐射收支平衡，从而导致全球气候变化。尽管温室气体具有阻止地球热量散失的能力，是维持地表温度，保护生态平衡的必要组成部分之一。但是近年来的温室气体的突然升高导致了过量的温室效应，引发了全球持续升温、海平面上升等一系列气候变化问题，并对陆地生态系统碳氮循环以及土壤质量和生物多样性产生了一定的影响。[1]CO2作为寿命最长的温室气体（约20-200年），占全部温室气体的27%，同时其浓度的增加对增强温室效应的贡献约为65%，微小的浓度变化都会产生很强的温室作用。[2]根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）记录显示，相比于十八世纪工业革命前（约278±2ppm），在不到300年的时间内大气CO2浓度上升超过了40%，并于2016年9月，全球大气CO2浓度平均水平也已经超过了400ppm。[3]2009年日本发射了世界上首颗大气温室气体专用观测卫星（GOSAT），有助于人们更好的了解和掌握大气对流层二氧化碳（XCO2）浓度时空变化情况。这对于探索全球碳循环、控制大气温室气体浓度以及可持续发展具有重要意义并提供数据支持。

2数据来源与方法

本文选取了2009年4月到2016年10月GOSAT卫星官方二级数据产品（NIES），其中2015年1月无卫星数据。GOSAT卫星重访周期为3天，空间分辨率为10.5km*10.5km。首先，我们利用Matlab软件，对全球进行0.5°*0.5°网格化划分，我们认为每月在同一网格的点为近似点并取均值处理，最终得到全球大气XCO2浓度空间分布数据，如图1所示。

3大气XCO2浓度时空变化

3.1大气XCO2浓度空间分布

从图1中可以看出，全球大陆XCO2浓度具有明显的空间差异，大气XCO2浓度主要平分布在375-405ppm之间。其中非洲以及南亚东南亚地区大气XCO2浓度较高，这些地区植被火灾比较严重，是全球主要的碳源。特别是在印度尼西亚地区的泥炭地，虽然燃烧面积较小，但XCO2排放量却非常大。[4]其次在日本以及中国中东部地区XCO2较高，是亚洲人口密集，经济较发达地区，化石消耗量非常大，化石燃料燃烧向大气中排放出了大量二氧化碳。在南美洲中部和美国东南部地区大气XCO2浓度也相对较高，而在高纬度地区大气XCO2浓度却普遍偏低，其他陆地地区大气XCO2浓度则相对平稳，表现为390-395ppm之间。

3.2大气XCO2浓度季节变化

聚焦到中国大陆地区，大气XCO2浓度表现为明显的季节波动情况，春季>冬季>秋季>夏季，如图2所示。中国大陆地区整体波动幅度在±6ppm之间。夏季XCO2浓度最低，春季最高，这主要由于大气XCO2浓度受绿色植物光合作用的影响。夏季绿色植被光合作用最强，吸收了空气中大量的CO2气体。秋季绿色植被开始凋落光合作用降低，但是植被大气XCO2浓度还是回升。冬季，特别是中国高纬度地区植被凋零，无光合作用，大气XCO2浓度开始迅速增长。直至第二年春季，虽然植被复苏，但是光合作用仍低于植被正常生长的呼吸作用，大气XCO2浓度持续积累，达到一年中的最大值。

4结论

二氧化碳作为主要的温室气体，所引发的温室效应愈发明显。因此，了解和掌握区域大气XCO2浓度时空变化情况，对减少温室气体排放，控制区域环境就显得尤为重要。利用GOSAT卫星观测大气对流层二氧化碳浓度，能准确的反映出全球大气XCO2浓度的时空变化情况，对于阐明区域变化特征和全球碳源、碳汇分布具有重要意义和指导作用。

参考文献：

[1]ChapinFS，RandersonJT，McguireAD，etal.ChangingFeedbacksintheClimate-BiosphereSystem[J].FrontiersinEcology&theEnvironment，2008，6（6）：313-320.

[2]吴艳玲，宁尚军，于大江，宋庆利，代鑫，赵金荣.龙凤山区域大气本底站大气二氧化碳（CO2）浓度变化特征[J].环境化学，2015，34（09）：1627-1632.

[3]魏宁.基于卫星遥感的中国大气CO2浓度时空分布特征及其影响因素研究[D].华东师范大学，2017.

[4]ShiY，MatsunagaT，SaitoM，etal.ComparisonofglobalinventoriesofCO2emissionsfrombiomassburningduring2002-2011derivedfrommultiplesatelliteproducts[J].EnvironmentalPollution，2015.

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