中国大气二氧化碳浓度时空变化特征及其影响因素分析

摘要

二氧化碳(CO2)是全球大气主要的温室气体之一，根据夏威夷大气本底站实测结果显示，大气CO2浓度在近60年的时间上升了28.7％，显著影响着全球变暖以及极端气候的形成。我国是近15年最大的CO2气体排放国，对中国大气CO2浓度的监测、时空变化和碳源、碳汇等的相关研究成为国内外大气环境领域研究的热点之一。本研究以中国地区大气对流层CO2柱浓度为研究对象，选取全球首颗大气温室气体专用观测卫星(GOSAT)为主要数据源，结合空间克里金插值法建立2009年4月至2016年12月0.1空间分辨率中国大气对流层CO2浓度数据库，并在通过地表实测数据精度验证的基础上，分析中国境内对流层大气CO2浓度与植被指数、地表温度、月均降水量、电力能源消耗、人类活动化石燃料燃烧CO2排放以及生物燃烧CO2排放的相关关系，并最终量化了影响大气CO2浓度变化的主要驱动因子贡献率。本研究对理解和掌握在不同尺度下的中国大气二氧化碳浓度时空变化特征情况和碳源/碳汇的相对贡献率情况具有重要意义，并对区域可持续发展理论的实施具有重要参考价值。 本文主要研究成果如下: (1)2009-2016年植被生长季中国大气CO2平均浓度达到了392.28ppm，其中2016年4月中国大气对流层CO2浓度达到了404.9ppm，相比于2009年4月到增长了4.35％。同时伴有明显的季节性变化。春季最高，高值区出现在长三角地区;夏季最低，最低值出现在东北高纬度地区。全国大气CO2浓度全年平均变化量达到了6.78ppm，其中裸地季节性变化幅度最小，仅为5.11ppm，耕地变化最大为8.26ppm。 (2)中国大气CO2浓度年增量平均以每十年0.4ppm的速度减缓，其中我国西北地区和东北地区处于增长量显著减缓阶段（-0.1ppm/a）而华南地区处于加速增长阶段(+0.19ppm/a)。 (3)中国大气CO2浓度平均中心在2010年和2014年出现了两次异常波动现象，分别距上一年度平均中心向东北方向和西南方向偏移了178.5km和180.7km，同时标准差方位角分别逆时针转动2.25°和顺时针转动2.2。 (4)中国大气CO2浓度与NDVI在东北至西南方向具有一条明显的负相关条带(r＜-0.7);与地表温度在黑龙江省和川渝地区相关性较高，但其它地区受纬度变化影响明显，云南省和海南省最弱;与降水量在西北高纬度荒漠地区和华南低纬度地区相关性较弱。人类活动化石燃料燃烧影响主要分布在人口密集区，但在山东省和河南省地区整体较弱;生物质燃烧排放在黑龙江省和云南省表现出大面积相关区，特别是云南省相关性较高。 (5)本文所选的三种主要驱动因子的贡献情况具有显著的时空分布异质性，中国大气CO2浓度随时间的变化主要受到NDVI控制，人类活动化石燃料燃烧在春秋季对大气CO2浓度贡献率较高，是大气二氧化碳变化的主要驱动因素，生物质燃烧排放对华南低纬度地区秋季和云南省地区春季的大气CO2浓度变化具有较大的贡献和影响。

目录

摘要

1．1研究背景及意义

1．1．1研究背景

1．1．2研究意义

1．2国内外研究进展

1．2．1国内外主流XCO2观测卫星现状

1．2．2大气XCO2浓度应用研究进展

1．3研究内容及技术路线

1．3．1研究目标与研究内容

1．3．2技术路线

第2章数据及研究方法

2．1研究区概况

2．2数据来源

2．2．1大气CO2浓度数据及质量分析

2．2．2大气CO2浓度自然环境影响因素

2．2．3大气CO2浓度人类活动影响因素

2．3研究方法

2．3．1克里金插值

2．3．2时间序列趋势分析

2．3．3标准差椭圆分析

2．3．4皮尔森相关性分析

2．4本章小结

第3章大气XCO2浓度时空变化特征

3．1．2大气XCO2浓度年际变化特征

3．2 XCO2浓度空间分布差异

3．2．2大气XCO2浓度空间分布变化特征

3．2．3大气XCO2浓度空间分布季节分布特征

3．3不同土地利用类型下XCO2浓度变化特征

3．4本章小结

第4章大气XCO2浓度时空分布影响因子分析

4．1．1植被长势变化对中国大气XCO2浓度的影响

4．1．2地表温度变化对中国大气XCO2浓度的影响

4．1．3月降水量变化对中国大气XCO2浓度的影响

4．2人为因素对大气XCO2浓度的影响

4．2．1电力能源消耗对中国大气XCO2浓度的影响

4．2．2化石燃烧燃烧对中国大气XCO2浓度的影响

4．2．3生物质燃烧对中国大气XCO2浓度的影响

4．3多因素综合影响分析

4．4主要影响因子贡献分析

4．5本章小结

5．1研究结论

5．2不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢