GOSAT衛(wèi)星在監(jiān)測大氣二氧化碳中的應用

呂政翰

哈爾濱師范大學黑龍江省普通高等學校地理環(huán)境遙感監(jiān)測重點實驗室黑龍江哈爾濱150025

摘要：隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大量的溫室氣體排放到空氣中，并且因此產(chǎn)生的溫室效應引發(fā)了一系列極端氣候災害，破壞了自然生態(tài)平衡。通過利用全球首顆溫室氣體專用監(jiān)測衛(wèi)星（GOSAT）觀測對流層大氣CO2濃度時空變化，有助于理解和掌握區(qū)域碳源碳匯信息，控制溫室氣體排放，減緩全球大氣CO2濃度增長速率，對于制定和實施可持續(xù)發(fā)展政策具有重要意義和參考作用。

關鍵詞：GOSAT;二氧化碳;時空變化

1緒論

工業(yè)革命以來，化石燃料的燃燒向大氣中排放了大量的溫室氣體，溫室氣體通過溫室效應，吸收地表和大氣發(fā)射的長波輻射，影響地氣系統(tǒng)輻射收支平衡，從而導致全球氣候變化。盡管溫室氣體具有阻止地球熱量散失的能力，是維持地表溫度，保護生態(tài)平衡的必要組成部分之一。但是近年來的溫室氣體的突然升高導致了過量的溫室效應，引發(fā)了全球持續(xù)升溫、海平面上升等一系列氣候變化問題，并對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳氮循環(huán)以及土壤質(zhì)量和生物多樣性產(chǎn)生了一定的影響。[1]CO2作為壽命最長的溫室氣體（約20-200年），占全部溫室氣體的27%，同時其濃度的增加對增強溫室效應的貢獻約為65%，微小的濃度變化都會產(chǎn)生很強的溫室作用。[2]根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）記錄顯示，相比于十八世紀工業(yè)革命前（約278±2ppm），在不到300年的時間內(nèi)大氣CO2濃度上升超過了40%，并于2016年9月，全球大氣CO2濃度平均水平也已經(jīng)超過了400ppm。[3]2009年日本發(fā)射了世界上首顆大氣溫室氣體專用觀測衛(wèi)星（GOSAT），有助于人們更好的了解和掌握大氣對流層二氧化碳（XCO2）濃度時空變化情況。這對于探索全球碳循環(huán)、控制大氣溫室氣體濃度以及可持續(xù)發(fā)展具有重要意義并提供數(shù)據(jù)支持。

2數(shù)據(jù)來源與方法

本文選取了2009年4月到2016年10月GOSAT衛(wèi)星官方二級數(shù)據(jù)產(chǎn)品（NIES），其中2015年1月無衛(wèi)星數(shù)據(jù)。GOSAT衛(wèi)星重訪周期為3天，空間分辨率為10.5km*10.5km。首先，我們利用Matlab軟件，對全球進行0.5°*0.5°網(wǎng)格化劃分，我們認為每月在同一網(wǎng)格的點為近似點并取均值處理，最終得到全球大氣XCO2濃度空間分布數(shù)據(jù)，如圖1所示。

3大氣XCO2濃度時空變化

3.1大氣XCO2濃度空間分布

從圖1中可以看出，全球大陸XCO2濃度具有明顯的空間差異，大氣XCO2濃度主要平分布在375-405ppm之間。其中非洲以及南亞東南亞地區(qū)大氣XCO2濃度較高，這些地區(qū)植被火災比較嚴重，是全球主要的碳源。特別是在印度尼西亞地區(qū)的泥炭地，雖然燃燒面積較小，但XCO2排放量卻非常大。[4]其次在日本以及中國中東部地區(qū)XCO2較高，是亞洲人口密集，經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)，化石消耗量非常大，化石燃料燃燒向大氣中排放出了大量二氧化碳。在南美洲中部和美國東南部地區(qū)大氣XCO2濃度也相對較高，而在高緯度地區(qū)大氣XCO2濃度卻普遍偏低，其他陸地地區(qū)大氣XCO2濃度則相對平穩(wěn)，表現(xiàn)為390-395ppm之間。

3.2大氣XCO2濃度季節(jié)變化

聚焦到中國大陸地區(qū)，大氣XCO2濃度表現(xiàn)為明顯的季節(jié)波動情況，春季>冬季>秋季>夏季，如圖2所示。中國大陸地區(qū)整體波動幅度在±6ppm之間。夏季XCO2濃度最低，春季最高，這主要由于大氣XCO2濃度受綠色植物光合作用的影響。夏季綠色植被光合作用最強，吸收了空氣中大量的CO2氣體。秋季綠色植被開始凋落光合作用降低，但是植被大氣XCO2濃度還是回升。冬季，特別是中國高緯度地區(qū)植被凋零，無光合作用，大氣XCO2濃度開始迅速增長。直至第二年春季，雖然植被復蘇，但是光合作用仍低于植被正常生長的呼吸作用，大氣XCO2濃度持續(xù)積累，達到一年中的最大值。

4結論

二氧化碳作為主要的溫室氣體，所引發(fā)的溫室效應愈發(fā)明顯。因此，了解和掌握區(qū)域大氣XCO2濃度時空變化情況，對減少溫室氣體排放，控制區(qū)域環(huán)境就顯得尤為重要。利用GOSAT衛(wèi)星觀測大氣對流層二氧化碳濃度，能準確的反映出全球大氣XCO2濃度的時空變化情況，對于闡明區(qū)域變化特征和全球碳源、碳匯分布具有重要意義和指導作用。

參考文獻：

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

[2]吳艷玲，寧尚軍，于大江，宋慶利，代鑫，趙金榮.龍鳳山區(qū)域大氣本底站大氣二氧化碳（CO2）濃度變化特征[J].環(huán)境化學，2015，34（09）：1627-1632.

[3]魏寧.基于衛(wèi)星遙感的中國大氣CO2濃度時空分布特征及其影響因素研究[D].華東師范大學，2017.

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