AIRS遙感觀察三峽庫區二氧化碳濃度變化特征

秦林 張可言 朱乾華 楊季冬 王鼎益,3,4 白文廣 張興贏張鵬 陳剛才 楊復沫 賀克斌 郝吉明

1.長江師范學院物理學與電子工程學院，重慶 涪陵 408100

2.長江師范學院化學化工學院，重慶 涪陵，408100

3.西安交通大學理學院, 陜西 西安 710049

4.紐布朗什維克大學物理系, 弗雷德里克頓, NB E3B 5A3, 加拿大

5.中國氣象局國家衛星氣象中心遙感衛星輻射測量和定標重點實驗室，北京 100081

6.重慶市環境科學研究院，重慶，400021

7.中國科學院重慶綠色智能技術研究院三峽生態環境研究所，重慶 401122

8.清華大學環境科學與工程系, 北京 100084

1. 概述

長江三峽水利樞紐工程于2009年竣工，實現了幾代人高峽出平湖的夢想。隨著蓄水水位的上升，形成了長達600多公里的三峽庫區。庫區內水域面積增大，自然植被變化及三峽庫區經濟的迅速發展產生的氣體排放，將引起大氣環境的變化，因此對于大氣環境變化的監測十分重要。CO2作為重要的溫室氣體，其濃度的變化受人為活動，自然植被等因素影響。監測三峽庫區CO2的濃度變化將有助于人們了解大氣環境的變化與三峽庫區自然環境的改變及人類活動之間的關系。

AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）裝載于美國航空航天局（NASA）發射的Aqua衛星上，用于測量地球大氣和地面特征。觀測數據用來進行天氣預報和研究地球大氣的長期變化。AIRS是一臺高光譜分辨率光譜儀，在熱紅外波段（3.7～15.4μm）有2378個波段，在可見光區（0.4～1.0μm）有4個波段?？梢垣@得溫度、水汽、臭氧、二氧化碳和甲烷等大氣氣體濃度分布數據[1]。本文采用AIRS獲得的CO2產品Level3數據（簡寫為L3數據）的月平均結果，來研究三峽庫區大氣中溫室氣體濃度的變化。

2.AIRS中對流層CO2產品L3數據網格

AIRS中對流層CO2產品提供了從2002年9月至今的全球中對流層CO2有效氣體混合比數據。其中L3數據為網格數據，空間分辨率為2.5°（經度）×2°（緯度），分別提供了日平均、八日平均和月平均數據[1]。為了研究三峽庫區CO2大氣濃度長期的時空變化，選擇其月平均數據進行分析。

三峽庫區從三峽大壩至重慶市。圖1顯示三峽庫區的地理位置(經緯度)。為了覆蓋三峽庫區及周邊地區，選擇如圖1所示格點進行分析。每個格點的大小均為2.5°（經度）×2°（緯度）。位于庫區內的格點有2、4、5和6，其他格點位于庫區之外。

圖1 三峽庫區經緯度及二氧化碳數據格點選取示意圖

3. CO2濃度隨時間變化

9個地區CO2濃度月平均數據隨時間的變化曲線如圖2所示，圖中紅色曲線為9個地區CO2濃度平均值隨時間變化曲線?？梢钥闯鯟O2濃度隨季節的變化明顯，高值在春天，低值在冬天。并且隨年份的增加，CO2濃度逐年上升。年平均增加量為～2.1ppmv。與全國CO2濃度的年增加量一致[2]。

4. CO2濃度的地區對比

圖2中可以看出9條曲線均分布于平均值曲線兩側，沒有顯示出庫區上空CO2濃度與非庫區上空的明顯差異。為了更準確的分析它們的區別，9個地區CO2濃度與平均濃度的差值(黑線)隨時間的變化如圖3所示。紅色曲線為儀器測量誤差的標準偏差。AIRS中對流層CO2產品L3數據給出了每個數據的儀器測量誤差值δ。由1式計算儀器測量誤差的標準偏差。其中n為數據個數，文中n=9。

可以看出9個地區CO2濃度與平均濃度的差值均位于儀器測量誤差標準偏差曲線以內，即在測量誤差范圍以內。因此，在對AIRS中對流層CO2L3數據產品的分析中，未發現三峽庫區上空CO2濃度與其他地區濃度之間的明顯差異。

圖2 9個地區CO2月平均濃度分布曲線

圖3 CO2濃度偏差分布曲線

5. 結語

本文利用AIRS儀器CO2產品L3數據的月平均結果，分析了三峽庫區大氣中CO2和CH4濃度的時空變化。結果表明CO2濃度有明顯的季節變化和逐年增加的趨勢。年平均增加量與全國大氣中CO2濃度增加量一致。與鄰近區域對比，未發現三峽庫區CO2濃度分布及變化與其他地區的明顯差異。上述結果需要進一步的檢驗研究。例如建立三峽庫區地面溫室氣體檢測站，采用航空方式收集三峽庫區上方溫室氣體數據等。對不同觀測方式獲得的數據進行對比研究。

[1]Edward T. Olsen, AIRS Version 5 Release Tropospheric CO2 Products.2009URL:http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/AIRS/documentation/v5_docs

[2]白文廣, 張興贏, 張鵬. 衛星遙感監測中國地區對流層二氧化碳時空變化特征分析[J]. 科學通報，2010年30期