AIRS遥感观察三峡库区二氧化碳浓度变化特征

秦林 张可言 朱乾华 杨季冬 王鼎益,3,4 白文广 张兴赢张鹏 陈刚才 杨复沫 贺克斌 郝吉明

1.长江师范学院物理学与电子工程学院，重庆 涪陵 408100

2.长江师范学院化学化工学院，重庆 涪陵，408100

3.西安交通大学理学院, 陕西 西安 710049

4.纽布朗什维克大学物理系, 弗雷德里克顿, NB E3B 5A3, 加拿大

5.中国气象局国家卫星气象中心遥感卫星辐射测量和定标重点实验室，北京 100081

6.重庆市环境科学研究院，重庆，400021

7.中国科学院重庆绿色智能技术研究院三峡生态环境研究所，重庆 401122

8.清华大学环境科学与工程系, 北京 100084

1. 概述

长江三峡水利枢纽工程于2009年竣工，实现了几代人高峡出平湖的梦想。随着蓄水水位的上升，形成了长达600多公里的三峡库区。库区内水域面积增大，自然植被变化及三峡库区经济的迅速发展产生的气体排放，将引起大气环境的变化，因此对于大气环境变化的监测十分重要。CO2作为重要的温室气体，其浓度的变化受人为活动，自然植被等因素影响。监测三峡库区CO2的浓度变化将有助于人们了解大气环境的变化与三峡库区自然环境的改变及人类活动之间的关系。

AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）装载于美国航空航天局（NASA）发射的Aqua卫星上，用于测量地球大气和地面特征。观测数据用来进行天气预报和研究地球大气的长期变化。AIRS是一台高光谱分辨率光谱仪，在热红外波段（3.7～15.4μm）有2378个波段，在可见光区（0.4～1.0μm）有4个波段。可以获得温度、水汽、臭氧、二氧化碳和甲烷等大气气体浓度分布数据[1]。本文采用AIRS获得的CO2产品Level3数据（简写为L3数据）的月平均结果，来研究三峡库区大气中温室气体浓度的变化。

2.AIRS中对流层CO2产品L3数据网格

AIRS中对流层CO2产品提供了从2002年9月至今的全球中对流层CO2有效气体混合比数据。其中L3数据为网格数据，空间分辨率为2.5°（经度）×2°（纬度），分别提供了日平均、八日平均和月平均数据[1]。为了研究三峡库区CO2大气浓度长期的时空变化，选择其月平均数据进行分析。

三峡库区从三峡大坝至重庆市。图1显示三峡库区的地理位置(经纬度)。为了覆盖三峡库区及周边地区，选择如图1所示格点进行分析。每个格点的大小均为2.5°（经度）×2°（纬度）。位于库区内的格点有2、4、5和6，其他格点位于库区之外。

图1 三峡库区经纬度及二氧化碳数据格点选取示意图

3. CO2浓度随时间变化

9个地区CO2浓度月平均数据随时间的变化曲线如图2所示，图中红色曲线为9个地区CO2浓度平均值随时间变化曲线。可以看出CO2浓度随季节的变化明显，高值在春天，低值在冬天。并且随年份的增加，CO2浓度逐年上升。年平均增加量为～2.1ppmv。与全国CO2浓度的年增加量一致[2]。

4. CO2浓度的地区对比

图2中可以看出9条曲线均分布于平均值曲线两侧，没有显示出库区上空CO2浓度与非库区上空的明显差异。为了更准确的分析它们的区别，9个地区CO2浓度与平均浓度的差值(黑线)随时间的变化如图3所示。红色曲线为仪器测量误差的标准偏差。AIRS中对流层CO2产品L3数据给出了每个数据的仪器测量误差值δ。由1式计算仪器测量误差的标准偏差。其中n为数据个数，文中n=9。

可以看出9个地区CO2浓度与平均浓度的差值均位于仪器测量误差标准偏差曲线以内，即在测量误差范围以内。因此，在对AIRS中对流层CO2L3数据产品的分析中，未发现三峡库区上空CO2浓度与其他地区浓度之间的明显差异。

图2 9个地区CO2月平均浓度分布曲线

图3 CO2浓度偏差分布曲线

5. 结语

本文利用AIRS仪器CO2产品L3数据的月平均结果，分析了三峡库区大气中CO2和CH4浓度的时空变化。结果表明CO2浓度有明显的季节变化和逐年增加的趋势。年平均增加量与全国大气中CO2浓度增加量一致。与邻近区域对比，未发现三峡库区CO2浓度分布及变化与其他地区的明显差异。上述结果需要进一步的检验研究。例如建立三峡库区地面温室气体检测站，采用航空方式收集三峡库区上方温室气体数据等。对不同观测方式获得的数据进行对比研究。

[1]Edward T. Olsen, AIRS Version 5 Release Tropospheric CO2 Products.2009URL:http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/AIRS/documentation/v5_docs

[2]白文广, 张兴赢, 张鹏. 卫星遥感监测中国地区对流层二氧化碳时空变化特征分析[J]. 科学通报，2010年30期