AIRS--AMSU甲烷反演产品的地基和空基检验及其应用

摘要

甲烷作为大气中仅次于二氧化碳和水蒸气的第三大温室气体，其浓度的增加会加速全球气候变暖。应用曼一肯德尔(M-K突变检测)等方法对2009年1月-2013年12月瓦里关(WLG)、临安(LAN)、龙凤山(LFS)、上甸子(SDZ)和2010年7月-2013年12月香格里拉(XGLL)本底站甲烷浓度的时间、空间变化特征及形成原因进行了分析，然后利用临安、龙凤山、上甸子、瓦里关和香格里拉本底站观测的甲烷浓度对AIRS/AMSU(以下简称AIRS)反演的近地面甲烷产品进行了验证，并对比了AIRS/AMSU和GOSAT产品之间的差异，最后利用AIRS三级产品对中国地区CH4浓度时空分布特征进行了分析。结果表明: (1)大气本底站观测的甲烷浓度的整体变化规律表现为:研究时段内临安站点的甲烷浓度最高，平均值为1965 ppbv;龙凤山站次高，平均值是1939 ppbv;上甸子站居中，均值为1914ppbv;瓦里关和香格里拉站的最低，平均值分别是1864和1861ppbv。瓦里关站甲烷浓度年均增长率为0.034％，临安、龙凤山、上甸子和香格里拉本底站的年均增长率分别为0.033％、0.025％、0.018％和0.01％。临安、龙凤山、上甸子均出现浓度突变点，突变点出现的时间与污染过程发生的时间相吻合。季节变化特征表现为:临安站甲烷浓度在7月份达到谷值;龙凤山为“W”型变化;上甸子站在7、8月份CH4浓度最高，瓦里关季节变化与上甸子类似;而香格里拉站点夏季CH4浓度受季风的影响较大，表现出明显的单峰。除了瓦里关站点，其它4个站点甲烷浓度的日变化均表现出同样的趋势:午后达到全天最低值，夜间和凌晨的浓度较高;而瓦里关正好相反，于正午达到全天甲烷浓度的峰值，这是由于牧区放牧造成的。 (2) AIRS反演甲烷产品的地基检验结果表明:临安、龙凤山、上甸子、瓦里关和香格里拉本底站观测和AIRS反演近地面产品的平均偏差约为-93.12ppbv、-44.03ppbv、-30.75ppbv、-5.19ppbv和9.65ppbv，相关系数分别是0.5、0.53、0.21、0.49和0.11，标准差均不超过22ppbv。AIRS反演结果整体偏低于地基观测结果，AIRS反演结果和地基观测结果逐月变化特征相同。AIRS反演精度受云的影响较大，并且受到反演算法、季节变化等因素的影响。 (3) AIRS与GOSAT反演甲烷廓线的对比结果表明:AIRS和GOSAT反演值随高度的分布一致，近地面附近GOSAT反演值略高于AIRS反演值。500-600hPa高度二者吻合度最高，偏差在17.9ppbv以内。在10-70hPa高度范围二者反演值的偏差较大，AIRS反演值显著高于GOSAT反演值，偏差可以达到254.5ppbv。 (4)对中国地区甲烷浓度的时空分布特征进行分析，结果发现近地面CH4浓度属于南低北高的情况，中国东部沿海比西部的甲烷浓度高。含油气盆地的地区甲烷浓度相对较高。近地面CH4浓度季节变化特征为:秋冬季节的甲烷浓度要高于春夏季节的甲烷浓度。青藏高原的甲烷浓度在秋季达到最大，主要是受到强辐合作用和西南季风的影响。我国南部地区的甲烷浓度四季变化不明显。中国地区对流层的甲烷浓度在2009-2013年表现出明显的增长。总的来说，中国地区甲烷浓度的垂直分布特征是:随着高度的增加而下降。而且随着高度的增加，各地之间的甲烷浓度差值也在逐渐减小。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究目的及意义

1．2国内外研究进展

1．2．1地基观测甲烷的国内外研究进展

1．2．2卫星观测甲烷的国内外研究进展

1．3论文主要章节内容

第二章研究所用资料及处理方法

2．1地基资料及处理方法

2．1．1研究区域简介

2．1．2地基观测数据

2．1．3 M-K突变检测方法和皮尔森相关系数介绍

2．2卫星资料及处理方法

2．2．1 AIRS反演甲烷算法

2．2．2 GOSAT反演甲烷算法

2．2．3资料匹配处理

第三章我国地基观测甲烷浓度的时空变化规律分析

3．1五个大气本底站的逐月变化特征

3．2 M-K突变检测结果

3．3地基甲烷浓度季节变化特征

3．4地基甲烷浓度日变化特征

3．5本章小结

第四章AIRS反演甲烷浓度的地基与空基检验

4．1 AIRS反演的和地基观测的甲烷浓度对比

4．2 AIRS与GOSAT反演甲烷廓线的对比

4．3本章小结

第五章中国区域甲烷浓度时空分布特征分析

5．1基于AIRS反演的中国区域近地面CH4浓度时空变化特征

5．2基于AIRS反演的对流层中高层CH4浓度时空分布特征

5．3基于AIRS反演的中国区域CH4浓度的垂直分布

5．4本章小结

6．1研究结论

6．2创新点

6．3未来工作展望

参考文献

致谢

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