瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO₂和CH₄濃度的變化特征

王寧章 李明 李寶鑫

【摘 要】2009年至2016年在瓦里關(guān)全球大氣本底站，利用Picarro G1301分析儀在線監(jiān)測到的大氣二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）濃度數(shù)據(jù)資料，分析近8年瓦里關(guān)地區(qū)的CO2和CH4濃度變化特征。結(jié)果表明，瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO2和CH4本底濃度呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，CO2濃度年平均增長率為1.9ppm·a-1，CH4濃度年平均增長率為7.5ppb·a-1，并且兩者都具有明顯的季節(jié)變化特征。CO2濃度夏秋季明顯低于冬春季，而CH4濃度最高值出現(xiàn)在每年的8月，最低值出現(xiàn)在2月。

【關(guān)鍵詞】瓦里關(guān)；Picarro；二氧化碳；甲烷

中圖分類號： X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0210-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.097

【Abstract】The atmospheric carbon dioxide and methane concentration data monitored online by the analyzer，Picarro G1301，is used to analyze the variation of CO2 and CH4 concentrations from 2009 to 2016 in the Waliguan Global Atmospheric Background Station.The results show that the atmospheric CO2 and CH4 background concentrations are increasing year by year and the annual average growth rates are 1.9and7.5ppb·a-1 respectively.Both have obvious seasonal variation.The CO2 concentration is significantly lower in summer and autumn than in winter and spring， while the highest value of CH4 appeared in August and the lowest in February of each year.

【Key words】Waliguan；Picarro；Carbon dioxide；Methane

0 引言

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是影響地球輻射平衡的最主要的溫室氣體，同時也是《京都議定書》規(guī)定的需要減排的氣體。近些年，由于人類活動、化石燃料和生物質(zhì)燃燒、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土地利用等的影響，使大氣中許多溫室氣體的濃度急劇上升，對全球氣候變化產(chǎn)生了顯著的影響，其中對于CO2和CH4等溫室氣體的研究一直是國內(nèi)外專家研究的最重要課題之一[1]。

位于青海省海南州共和縣瓦里關(guān)山的中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺（100°54E，36°17N，海拔高度3816米），是歐亞大陸腹地唯一的全球大氣本底站，也是31個全球大氣本底觀測站網(wǎng)之一。瓦里關(guān)本底站自1994年建站以來，先后開展了大氣中溫室氣體、反應(yīng)性氣體、氣溶輻射以及降水化學(xué)等組分的長期連續(xù)監(jiān)測工作，填補(bǔ)了全球大氣監(jiān)測系統(tǒng)在大陸腹地大氣本底濃度資料的空白[2]。2008年底，瓦里關(guān)本底站新建了一套Picarro溫室氣體在線觀測設(shè)備，并于2009年1月開始了溫室氣體連續(xù)測量工作。本文對瓦里關(guān)Picarro G1301分析儀測量的2009年1月至2016年12月的CO2和CH4的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 儀器原理

Picarro G1301分析儀采用了波長掃描光腔衰蕩光譜技術(shù)（WS-CRDS），可以超高靈敏度在線測量大氣中CO2和CH4的實(shí)時濃度。它的測量原理是：測量腔室內(nèi)三個反射率為99.999%的超高反射率鏡面反射紅外激光時，光強(qiáng)度在腔室內(nèi)部會平穩(wěn)泄漏并快速衰減到零，光電感應(yīng)器實(shí)時記錄了這種衰減過程。需要測量的氣體通過泵進(jìn)入到光室內(nèi)，特定波長光由于目標(biāo)氣體的強(qiáng)烈吸收，光強(qiáng)的衰減速度會加快，目標(biāo)氣體吸收激光而導(dǎo)致的時間差稱為衰蕩時間差，它的長短與目標(biāo)氣體的濃度成線性相關(guān)。Picarro分析儀通過對光桶內(nèi)充滿目標(biāo)氣體或空腔時激光衰減時間的連續(xù)計算和比較，就可以測定出目標(biāo)氣體的實(shí)時濃度。

2 大氣CO2濃度的變化特征

（1）圖1是2009-2016年瓦里關(guān)站大氣CO2月平均濃度的變化，可以看出，瓦里關(guān)站大氣CO2大氣濃度逐年持續(xù)增加，從2009年的平均濃度值389.22ppm上升到2016年的404.44ppm，8年間上升了15.22ppm，年平均增長率約為1.9ppm·a-1，基本反映了北半球中高緯度地區(qū)的平均狀況，這與瓦里關(guān)1991年至2011年的年平均增長率基本一致[3]。

（2）圖2為2009-2016年瓦里關(guān)地區(qū)大氣二氧化碳濃度的月平均變化圖，從圖中可以看到瓦里關(guān)地區(qū)CO2濃度變化有明顯的季節(jié)特征，夏秋季濃度明顯低于冬春季濃度，并且變化的幅度較大，最高值出現(xiàn)在4月份，達(dá)到了398.03ppm，最低值出現(xiàn)在8月份，月平均濃度為389.40ppm。這是由于冬春季化石燃料大規(guī)模燃燒產(chǎn)生大量CO2，夏秋季綠色植物光合作用旺盛，消耗CO2較多等原因所造成的。

3 大氣CH4濃度的變化特征

（1）圖3是2009-2016年瓦里關(guān)站大氣CH4月平均濃度的變化，可以看出，瓦里關(guān)地區(qū)大氣CH4濃度也呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，從2009年的年平均濃度值1847.16ppb上升到2016年的1906.85ppb，上升了59.69ppb，年平均增長率約為7.5ppb·a-1，而1991年至2011年瓦里關(guān)CH4濃度的年平均增長率為4.26ppb·a-1[3] ，CH4的年平均增長率上升較為明顯。

（2）圖4是2006-2016年瓦里關(guān)地區(qū)大氣甲烷濃度的多年平均季節(jié)變化，可以看出，瓦里關(guān)地區(qū)甲烷濃度的季節(jié)變化特征非常明顯，多年平均季節(jié)變化的極大值出現(xiàn)在8月份，極小值出現(xiàn)在2月份，夏季和秋季的濃度明顯高于冬季和春季，出現(xiàn)這種變化的原因一方面跟瓦里關(guān)地區(qū)周圍草場在夏秋季返青，周邊出現(xiàn)大規(guī)模的牛羊放牧活動有關(guān)系，一方面也與南方地區(qū)夏秋季水稻種植產(chǎn)生的甲烷遠(yuǎn)距離運(yùn)輸有關(guān)系。其中8月份數(shù)據(jù)明顯偏高，和瓦里關(guān)周邊該月份藏族在附近的大規(guī)模煨桑活動造成的空氣污染也有直接關(guān)系。

4 小結(jié)

（1）瓦里關(guān)地區(qū)近些年的CO2和CH4濃度增長明顯，與以前的觀測結(jié)果相比較，CO2濃度的年均增長率基本一致，而CH4濃度的年均增長率上升較為明顯。

（2）瓦里關(guān)地區(qū)CO2濃度有明顯的季節(jié)變化，夏秋季濃度明顯低于冬春季濃度，CO2濃度從1月份開始增長，4月份到達(dá)最高值后開始下降，在8月份達(dá)到最低值又開始上升。

（3）瓦里關(guān)地區(qū)CH4濃度變化同樣具有明顯的季節(jié)變化特征，夏秋季濃度高于冬春季濃度，最高值出現(xiàn)在8月份，最低值出現(xiàn)在2月份。

【參考文獻(xiàn)】

[1]溫玉璞，季秉法.青海瓦里關(guān)大氣CO2本底濃度變化規(guī)律的觀測研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，1993（6）：420-424.

[2]周秀驥.中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺進(jìn)展總結(jié)報告：1994-2004[M].氣象出版社，2005.

[3]趙玉成，劉鵬，王劍瓊，等.1991～2011年瓦里關(guān)全球大氣本底監(jiān)測事實(shí)[J].青海環(huán)境，2014，24（1）：32-35.