基于多站对比的南昌地区大气CO_2浓度变化特征分析_陈昆.pdf

第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae基于多站对比的南昌地区大气CO2浓度变化特征分析陈昆1，余焰文4，夏玲君3，*，冯敏玉2，蔡俊峰11.景德镇市气象局，景德镇 3330002.南昌市气象局，南昌 3333333.江西省生态气象中心，南昌 3300964.抚州市气象局，抚州 344000摘要：基于南昌高精度温室气体浓度观测站（南昌站）及南昌城市加密观测站（加密站）2020年8月2021年8月大气CO2在线连续观测资料，分析了南昌地区大气CO2浓度变化特征、区域大气输送的影响及潜在排放源区分布特征，并对加密站数据可用性进行研判.结果表明，研究期内南昌站CO2的平均浓度为444.210-6，大气CO2浓度日变化呈日间低、早晚高的特征，且夏季大气CO2浓度日振幅最大；季节变化呈现冬季春季秋季夏季的规律.南昌地区的气团输送主要受盛行风向及大气层结稳定度的影响，即夏季南方、东方气团带来较高CO2浓度，其它 季节则由北方气团造成CO2浓度升高；长三角地区、武汉地区是南昌大气CO2持久稳定的潜在贡献源区.加密站与南昌站数据季节变化特征和日变化特征基本一致，可以反映局地CO2浓度变化特征，在年尺度上构建回归方程能够校正加密站数据；近地面CO2浓度与城市化水平及植被覆盖率密切相关，城区浓度高于郊区.关键词：二氧化碳；变化特征；后向轨迹；回归分析；南昌文章编号：0253-2468（2023）03-0293-10 中图分类号：X511 文献标识码：AAn inter-comparison study on the variations of atmospheric CO2 mole fractions observed at multiple stations in Nanchang CityCHEN Kun1，YU Yanwen4，XIA Lingjun3，*，FENG Minyu2，CAI Junfeng11.Meteorology Bureau of Jingdezhen，Jingdezhen 3330002.Meteorology Bureau of Nanchang，Nanchang 3333333.Jiangxi Ecological Meteorology Center，Nanchang 3300964.Meteorology Bureau of Fuzhou，Fuzhou 344000Abstract：Based on the online continuous atmospheric CO2 data observed at Nanchang high-precision Greenhouse Gas Observatory（Nanchang Station）and Nanchang City Crypto Observatory（Crypto Station）from August 2020 to August 2021，the variations of atmospheric CO2 mole fraction，the influence of regional air masses transport and the potential emission sources in Nanchang were studied.The data availability of encryption station was evaluated.During the study period，the average atmospheric CO2 mole fraction observed at Nanchang Station was 444.210-6 with minimum values during daytime and maximum values in morning and evening，and the largest daily amplitude in summer.The seasonal variation was winter spring autumn summer.Atmospheric CO2 mole fraction in Nanchang was mainly affected by the prevailing wind direction and atmospheric node stability，with high values in summer due to the southern and eastern air masses，and in other seasons due to the northern air masses.Yangtze River Delta and Wuhan are potential sources of CO2 in Nanchang.The seasonal and diurnal variation characteristics at Nanchang and Crypto stations were basically consistent with each other.Thus，the data from the Crypto station could reflect the spatiotemporal variations of local CO2 mole fraction，and could be corrected by constructing regression equations on an annual scale.Near-surface CO2 mole fraction was closely related to urbanization level and vegetation coverage，which caused relative high and low CO2 mole fractions，respectively.Keywords：CO2；variation characteristics；backward trajectory；regression analysis；NanchangDOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0290陈昆，余焰文，夏玲君，等.2023.基于多站对比的南昌地区大气CO2浓度变化特征分析 J.环境科学学报，43（3）：293-302CHEN Kun，YU Yanwen，XIA Lingjun，et al.2023.An inter-comparison study on the variations of atmospheric CO2 mole fractions observed at multiple stations in Nanchang City J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：293-302收稿日期：2022-06-23 修回日期：2022-08-16 录用日期：2022-08-17基金项目：国家自然科学基金（No.42105159）；江西省气象科技项目（No.JX2022M13，JX2020M16）作者简介：陈昆（1990），工程师，E-mail：；*责任作者，E-mail：环境科学学报43 卷1引言（Introduction）二氧化碳（CO2）是大气温室气体最重要的成分，对全球辐射强迫增加的贡献超过6成，其浓度变化主要归因于人类活动燃烧化石燃料和土地利用等.世界气象组织（WMO）温室气体公报2020 指出，2020年全球CO2浓度达到了（413.20.2）10-6，为工业化前水平的149%.我国大气CO2平均浓度上升趋势与全球特别是 北半球保持一致（中国气象局，2021），2019年青海瓦里关站观测的大气CO2浓度上升至（411.40.2）10-6，高于同期全球平均水平.这将导致全球增温效应明显，并由此导致极端气象和气候事件频发.中国已经庄严提出CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，为此，进行大气CO2在线连续监测，分析其浓度时空分布及源汇特征，有利于为应对气候变化、落实碳达峰、碳中和重大战略部署提供高质量科技支撑.我国已初步形成多手段温室气体综合观测能力，包括本底站（地面站点）观测、卫星温室气体遥感观测、机载和车载连续观测、平流层大气廓线采样观测等.目前，中国气象局已有包括全球大气本底站青海瓦里关站（WLG）在内的7个温室气体地面观测本底站.各省市也陆续开展本底站观测研究，探讨本地区大气温室气体浓度的变化特征、影响因子及源汇分析（Liu et al.，2018；杨倩等，2018；Zhang et al.，2020；韦芬芬等，2020）.随着观测数据的丰富，众多学者对大气CO2等温室气体进行了大量研究，包含温室气体浓度时空变化特征（徐宏辉等，2012；吴艳玲等，2015；赵玉成等，2018；程已阳，2018）、数据处理和质控方法（张芳等，2010）、本底数据筛分方法研究（周凌晞等，2002；Ruckstuhl et al.，2012）、区域温室气体浓度变化对比分析（刘立新等，2009；程已阳等，2018；杨倩等，2018）等.江西截至目前只有南昌、景德镇、九江和赣州4个高精度连续在线 观测站，因此，相关研究较为匮乏，主要是夏玲君等基于以上测站观测数据进行了区域大气CH4、CO2的变化特征及潜在源汇分析，研究区域大气输送影响（夏玲君等，2017；Xia et al.，2020；张韵启等，2021）.相比于高精度连续在线观测站的高昂费用，加密站具有便宜易安装的优势，可以在城市不同地点广泛铺设，可以弥补江西省高精度连续在线观测站站点稀少的不足，但存在测量精度相对较低的缺陷.若能通过科学研究解决数据可用性问题，也可实时反映本地大气CO2的浓度变化情况，从而获得城市地区CO2的空间分布，对于区域大气CO2研究，掌握城市碳排放时空变化，制定有效的减排措施有一定意义.因此，本文通过对比分析高精度在线连续监测站与加密站数据，以确定加密站数据的可用性.同时，研究分析南昌地区大气CO2浓度变化特征、区域大气输送的影响及潜在排放源区分布特征，以期为碳排放政策的研究制定及环境 分析研究提供参考.2材料与方法（Materials and methods）2.1站点信息南昌站（28.68N，115.77E，海拔50 m）位于江西省南昌市新建区气象局内（图1），属亚热带季风气候区.该站点位于南昌市西边的城乡结合部，西北面2 km左右为梅岭国家森林公园，距南昌市10 km.观测点处 城郊，周围无大型工矿企业，东北方向有一垃圾填埋厂.系统采样口架设于站内50 m高的采样塔上，采样口共2层，距地高度分别为30 m和50 m.南昌地区共布设4个城市温室气体观测加密站（站2、站3、站4、站5，图1）.加密站分布在南昌不同方位，用以进行加密观测及数据对比.2.2观测方法2.2.1南昌站观测监测站配备了先进的温室气体监测设备Picarro 2401分析仪，CO2测量精度达0.110-6，仪器采用国际领先的波长扫描光腔衰荡光谱（WS-CRDS）技术，通过长达20 km的有效路径科学地解决了 传统的红外光谱仪由于痕量气体吸收而形成的峰值太低而不能检测到温室气体和灵敏度限制在10-6级的不足，这样可以在极短的时间内监测到10-9水平甚至10-12水平的气体.在线观测时，空气样品经 KNF 泵抽动并经过压力、流量控制之后，通过超低温玻璃除水冷阱管以冻结其中大部分水分.由系统控制样品选择阀选择样品空气（A）、高浓度工作气（WH）、低浓度工作气（WL）或目标气（T）进入主机分析.系统运行时每隔2943 期陈昆等：基于多站对比的南昌地区大气CO2浓度变化特征分析6 h分析一次高浓