利用便携式FTIR光谱仪研究环境大气中CO_(2)浓度变化

摘要

高准确和高精度测量环境大气CO_(2)浓度,对于监测区域和城市温室气体的排放至关重要。基于傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术,利用便携式FTIR光谱仪采集近红外太阳吸收光谱,基于非线性最小二乘算法,反演获得了2016年9月至2020年5月期间合肥地区环境大气的CO_(2)柱浓度。观测结果表明,CO_(2)气体的柱浓度有着明显的季节变化,在春季出现最大值,夏季下降速度快,秋季达到最小值。柱平均干空气混合比浓度XCO_(2)的日均值位于(401.23±0.60)和(418.41±0.31)ppm之间,而2017年观测的月均值有着6.96 ppm的季节幅值。并且,观测期间XCO_(2)呈现逐年增长的趋势,年平均增长率为(2.71±0.66)ppm·yr^(-1)。为了验证便携式FTIR光谱仪观测的准确性和可靠性,我们将其观测结果与高分辨率FTIR仪器同步测量结果进行比较,发现观测的XCO_(2)的偏差均值为1.32 ppm,二者的相关系数r为0.97,两个数据显示高度一致性。同时将观测结果与GOSAT卫星数据作了横向比较,两个数据的平均偏差为(0.63±1.76)ppm,二者的相关系数r为0.86,显示出地基数据与卫星数据有高相关性。最后,将合肥站点2020年秋季观测数据与上海站点同期观测数据进行了比较,发现上海站点与合肥站点的CO_(2)柱浓度变化基本一致,合肥观测点的XCO_(2)日均值位于(415.09±0.84)和(417.80±0.67)ppm之间,上海观测点的XCO_(2)日均值位于(411.87±1.07)和(416.63±1.70)ppm之间,表明同步观测期间合肥的CO_(2)柱浓度略高于上海市。地基FTIR光谱仪的观测结果可为追踪合肥地区温室气体的碳源与碳汇提供基础数据。