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中国瓦里关和上甸子大气温室气体浓度变化特征

期刊:地球科学DOI:10.3799/dqkx.2020.267

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:

主要作者及机构、发表期刊与时间

该研究由张林、靳孟贵、刘延锋、梁杏、杨世琪和鲜阳等作者共同完成,作者单位为中国地质大学环境学院和地球科学学院。研究发表于《地球科学》期刊,2021年8月第46卷第8期。

学术背景

该研究的主要科学领域为大气科学,特别是温室气体浓度变化及其对气候变化的影响。随着全球工业化进程的加快,大气中温室气体浓度急剧增加,导致全球变暖和极端气候事件频发。中国作为全球最大的温室气体排放国之一,研究其典型区域的温室气体浓度变化特征,对于制定减排政策、应对气候变化具有重要意义。该研究选取了1997-2018年瓦里关和2009-2015年上甸子两个大气基准站的温室气体月值数据,旨在分析温室气体的时间序列特征、季节变化趋势,并探讨季风运输和大气边界层条件对温室气体浓度的潜在影响。

研究流程

研究流程包括以下几个步骤:

  1. 数据获取与质量控制:研究使用了1997-2018年瓦里关和2009-2015年上甸子大气CO₂、CH₄、N₂O和SF₆的月值观测数据,数据来源于世界气象组织(WMO)的世界温室气体数据中心(WDCGG)。数据采集和分析均采用WMO/GAW推荐的方法,确保数据质量。

  2. 时间序列分析:采用线性趋势分析法和Mann-Kendall突变检验法分析温室气体的时间序列特征和季节变化趋势。线性趋势分析法通过建立温室气体浓度与时间的一元线性回归方程,计算回归系数和常数,以评估温室气体的增长趋势。Mann-Kendall突变检验法则用于检测温室气体浓度是否发生了突变。

  3. 季节变化分析:研究分析了瓦里关和上甸子温室气体浓度的季节变化特征,计算了不同季节的温室气体浓度平均值和标准偏差,并绘制了多年平均月浓度变化图。

  4. 相关性分析:通过Pearson相关系数分析瓦里关和上甸子温室气体浓度之间的相关性,探讨潜在来源之间的关系。

  5. 后向轨迹分析:使用HYSPLIT后向轨迹模型,分析不同月份空气团的来源和传输路径,探讨远距离运输和大气边界层条件对温室气体浓度的影响。

主要结果

  1. 时间序列分析结果:1997-2018年瓦里关和2009-2015年上甸子的CO₂、CH₄、N₂O和SF₆浓度均呈现显著的增长趋势。瓦里关的CO₂、CH₄、N₂O和SF₆的年平均增长率分别为2.06×10⁻⁶ a⁻¹、5.06×10⁻⁹ a⁻¹、0.82×10⁻⁹ a⁻¹和0.26×10⁻¹² a⁻¹;上甸子的年平均增长率分别为0.90×10⁻⁶ a⁻¹、5.04×10⁻⁹ a⁻¹、0.83×10⁻⁹ a⁻¹和0.25×10⁻¹² a⁻¹。

  2. 季节变化分析结果:瓦里关和上甸子的CO₂浓度在8月达到最低值,CH₄浓度在8月达到峰值,SF₆浓度四季差异不大。瓦里关的N₂O浓度在12月达到最高,6月降到最低;上甸子的N₂O浓度在7月达到峰值,9月降至最低。

  3. 相关性分析结果:瓦里关的温室气体浓度之间具有显著的线性正相关关系,而上甸子的温室气体浓度在春季和冬季具有较好的同源性,夏季和秋季同源性较差。

  4. 后向轨迹分析结果:瓦里关的温室气体浓度变化主要受到来自西北方向的空气团输送的影响,潜在源区包括青海、西藏和新疆等地;上甸子的温室气体浓度变化主要受到来自西北和东北、南部和东南两个方向的空气质量影响,潜在源区主要分布于京津冀地区、内蒙古和东北地区。

结论

该研究系统地分析了中国瓦里关和上甸子大气温室气体浓度的变化特征,揭示了温室气体浓度的时间序列变化、季节变化、突变性以及远距离运输和大气边界层条件的影响。研究结果表明,温室气体浓度的增长趋势显著,且受到多种因素的共同作用。该研究为科学制定温室气体减排政策、应对气候变化提供了重要的数据支持和理论依据。

研究亮点

  1. 长时间序列数据:研究使用了长达22年的瓦里关和6年的上甸子温室气体观测数据,数据覆盖时间长,具有较高的代表性。
  2. 多方法结合:研究结合了线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验、Pearson相关分析和HYSPLIT后向轨迹模型等多种方法,全面分析了温室气体浓度的变化特征。
  3. 区域对比:研究对比了瓦里关和上甸子两个不同地理位置的温室气体浓度变化特征,揭示了区域差异及其影响因素。

其他有价值的内容

研究还详细探讨了温室气体浓度的季节变化特征及其与局地生物源、非生物源、季风运输和光化学过程的关系,为进一步研究温室气体的来源和去向提供了重要线索。此外,研究还指出了中国典型区域陆地生态系统对大气温室气体浓度的强烈影响,为未来相关研究提供了参考。

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