GOSAT衛星在監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境遙感監測重點實驗室黑龍江哈爾濱150025

摘要：隨著世界經濟的飛速發展，大量的溫室氣體排放到空氣中，并且因此產生的溫室效應引發了一系列極端氣候災害，破壞了自然生態平衡。通過利用全球首顆溫室氣體專用監測衛星（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發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，吸收地表和大氣發射的長波輻射，影響地氣系統輻射收支平衡，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，引發了全球持續升溫、海平面上升等一系列氣候變化問題，并對陸地生態系統碳氮循環以及土壤質量和生物多樣性產生了一定的影響。[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生很強的溫室作用。[2]根據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革命前（約278±2ppm），在不到300年的時間內大氣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超過了400ppm。[3]2009年日本發射了世界上首顆大氣溫室氣體專用觀測衛星（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、控制大氣溫室氣體濃度以及可持續發展具有重要意義并提供數據支持。

2數據來源與方法

本文選取了2009年4月到2016年10月GOSAT衛星官方二級數據產品（NIES），其中2015年1月無衛星數據。GOSAT衛星重訪周期為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°網格化劃分，我們認為每月在同一網格的點為近似點并取均值處理，最終得到全球大氣XCO2濃度空間分布數據，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大氣XCO2濃度較高，這些地區植被火災比較嚴重，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XCO2較高，是亞洲人口密集，經濟較發達地區，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大氣XCO2濃度也相對較高，而在高緯度地區大氣XCO2濃度卻普遍偏低，其他陸地地區大氣XCO2濃度則相對平穩，表現為390-395ppm之間。

3.2大氣XCO2濃度季節變化

聚焦到中國大陸地區，大氣XCO2濃度表現為明顯的季節波動情況，春季>冬季>秋季>夏季，如圖2所示。中國大陸地區整體波動幅度在±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，所引發的溫室效應愈發明顯。因此，了解和掌握區域大氣XCO2濃度時空變化情況，對減少溫室氣體排放，控制區域環境就顯得尤為重要。利用GOSAT衛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.龍鳳山區域大氣本底站大氣二氧化碳（CO2）濃度變化特征[J].環境化學，2015，34（09）：1627-1632.

[3]魏寧.基于衛星遙感的中國大氣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.