瓦里關(guān)大氣二氧化碳和甲烷本底濃度變化特征

李明　東元禎　羅文昭　任磊

【摘 要】利用1994年至2017年瓦里關(guān)全球大氣本底站在線監(jiān)測的CO2和CH4數(shù)據(jù)，分析其變化特征。結(jié)果表明：瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO2年平均體積濃度呈逐年增加的趨勢，年平均濃度從1994年的358.99ppm增加到2017年的406.80ppm，期間CO2濃度共增加了47.81ppm，增幅為13.32%，年平均增長率為1.99ppm·a-1。季節(jié)變化特征表現(xiàn)為冬春季偏高，夏秋季偏低。CH4年平均體積濃度從1994年的1804.7ppb增長至2017年的1905.7ppb，CH4濃度共增加了101ppb，增幅為5.6%，年平均增長率約為4.43ppb·a-1。季節(jié)變化特征為冬春季偏低，夏秋季偏高。

【關(guān)鍵詞】二氧化碳;甲烷;瓦里關(guān)

中圖分類號： X51 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0097-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.046

The Variation Characteristics of Background Concentration of Carbon

Dioxide and Methane in Waliguan Atmosphere

LI Ming DONG Yuan-zhen LUO Wen-zhao REN Lei

（Chinese Global Atmosphere Watch Baseline Observatory， Qinghai Xining 810001， China）

【Abstract】According to the analysis of online monitoring data of CO2 and CH4 at the Waliguan Global Atmospheric Watch Station from 1994 to 2017，It is concluded that the average volume concentration of CO2 in Waliguan area is increasing gradually year by year.The annual average concentration of CO2 has increased from 358.99 ppm in 1994 to 406.80 ppm in 2017.During this period， the concentration of CO2 increased by 13.32% with an absolute value of 47.81ppm，and the average annual growth rate is 1.99ppm·a-1.The seasonal variation characteristic of CO2 concentration is higher in winter and spring while lower in summer and autumn.Besides， the annual average concentration of CO2 has increased from 1804.7ppb in 1994 to 1905.7ppb in 2017.During this period， the concentration of CH4 increased by 5.6% with an absolute value of 101 ppb， and the average annual growth rate is 4.43ppb·a-1.The seasonal variation characteristic of CH4 concentration is lower in winter and spring while higher in summer and autumn.

【Key words】Waliguan; Carbon dioxide; Methane

0 引言

中國及全球各地氣溫的變化與大氣二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）等溫室氣體濃度有著顯著的相關(guān)性，CO2作為大氣中最重要的一種人為GHG，貢獻(xiàn)了約66%的長壽命溫室氣體輻射強(qiáng)迫。而單位濃度CH4的溫室效應(yīng)比CO2大20倍，貢獻(xiàn)約17%的長壽命溫室氣體輻射強(qiáng)迫。近百年來，全球工業(yè)農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，煤、石油、天然氣等化石燃料的大量使用及森林的破壞致使CO2逐年增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動使得CH4和氧化亞氮增加幅度明顯[1-2]。

中國大氣本底基準(zhǔn)觀象臺（瓦里關(guān)）位于青海省海南州共和縣瓦里關(guān)山（100°54E，36°17N，海拔高度3816米），作為歐亞大陸腹地唯一的全球大氣本底站，瓦里關(guān)站所提供的大氣CO2和CH4本底觀測資料不僅能體現(xiàn)亞洲內(nèi)陸地域氣候特點(diǎn)又可對全球氣候變化提供可靠的分析依據(jù)， 輔以其他相關(guān)資料， 還可進(jìn)一步揭示中國內(nèi)陸高原大氣CO2和CH4本底特征的成因。

1 數(shù)據(jù)與儀器

本文采用瓦里關(guān)1994年至2017年CO2和CH4的在線觀測數(shù)據(jù)，1994年至2009年是由WMO提供資助，加拿大大氣環(huán)境局二氧化碳實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)技術(shù)指導(dǎo)并安裝調(diào)試的氣象色譜HP 5890Ⅱ型系統(tǒng)進(jìn)行CO2和CH4的本底濃度的連續(xù)測量。2009年底開始，中國氣象局陸續(xù)在瓦里關(guān)/上甸子等本底站建立Picarro G1301溫室氣體在線觀測系統(tǒng)，該儀器采用了波長掃描光腔衰蕩光譜技術(shù)（WS-CRDS），通過高精度特定識別的傳感器測量有效路徑可達(dá)20km的激光衰蕩時間差。專利的高精度波長監(jiān)視器確保了只有特定吸收光譜可以被檢測到，這大大減少了分析儀對于干擾氣體的靈敏度，從而確保在混合氣體中超衡量測量[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 二氧化碳體積濃度變化特征

瓦里關(guān)自1994年11月起開始在線連續(xù)觀測CO2，從24年的觀測數(shù)據(jù)來看，瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO2年平均體積濃度呈逐年增加的趨勢（圖1），年平均濃度從1994年的358.99ppm增加到2017年的406.80ppm，期間CO2濃度共增加了47.81ppm，增幅為13.32%，年平均增長率為1.99ppm·a-1。且年增長率一直處于逐年增大的趨勢，2017年比歷年平均增長率高0.37ppm·a-1。2017年每月CO2平均濃度都在400ppm以上，這是瓦里關(guān)地區(qū)開始觀測CO2以來第一次全年月平均濃度均超過400ppm。2017年CO2月濃度最大值均出現(xiàn)在4月，為411.88ppm，2017最小值出現(xiàn)在8月，為401.25ppm。除1999年和2002年出現(xiàn)負(fù)增長率，其他年份CO2濃度的年增長量均大于0ppm（圖2）。瓦里關(guān)大氣CO2本底濃度大體反應(yīng)了北半球中高緯度地區(qū)的平均狀況。

圖3為1994—2017年CO2月平均濃度變化，說明CO2濃度季節(jié)變化特征明顯，表現(xiàn)為冬春季偏高，在4月到達(dá)極大值（386.45ppm），夏秋季偏低，在8月到達(dá)極小值（376.98ppm）。這是因?yàn)橥呃镪P(guān)山及周圍地區(qū)自然環(huán)境以高原草甸和沙洲為主，以牧業(yè)較多[4]，夏秋季植被光合作用強(qiáng)，消耗較多的CO2，而冬春季因化石燃料的大量使用產(chǎn)生較多的CO2[5]。

2.2 甲烷體積濃度變化特征

瓦里關(guān)自1994年8月起開始在線連續(xù)觀測CH4，同CO2一樣，瓦里關(guān)地區(qū)大氣CH4年平均體積濃度呈增加的趨勢（圖4），年平均濃度大體呈線性增長，從1994年的1804.7ppb增長至2017年的1905.7ppb，年平均增長率約為4.43ppb·a-1，2002年、2013年的增長幅度較往年更加明顯。不同年份CH4濃度年增長率如圖5中所示，1997-2000年變化率最大，從2003年開始變化率差異逐漸變小，趨于穩(wěn)定。

從1994至2017年CH4平均月濃度變化圖中可看出（圖6），總體上呈雙峰型變化規(guī)律，2月和8月為濃度峰值，8月CH4濃度最高，為1861.2ppb，11月最低，為1849.2ppb。CH4濃度季節(jié)變化特征較為明顯，表現(xiàn)為夏季偏高，春季偏低，這與北半球中高緯度地區(qū)季變化的位相和季振幅的平均水平并不相符。推測出現(xiàn)這種異常的原因可能有3方面：（1）夏季瓦里關(guān)地區(qū)的放牧活動增多，CH4的排放源增多。（2）夏季瓦里關(guān)主導(dǎo)氣流（來自西寧以及黃河河谷工業(yè)地帶）輸送，人為活動排放的CH4通過長距離輸送也使夏季瓦里關(guān)大氣CH4濃度較高。（3）冬季CH4濃度較低可能是因?yàn)榉拍粱顒拥臏p少及主導(dǎo)風(fēng)向的轉(zhuǎn)向[6]。

3 結(jié)論

（1）瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO2年平均體積濃度呈逐年增加的趨勢，且增長率逐漸增大。CO2濃度季節(jié)變化特征明顯，表現(xiàn)為冬春季偏高，夏秋季偏低。

（2）大氣CH4年平均體積濃度呈波動增加的趨勢，從2003年開始變化率差異逐漸變小，趨于穩(wěn)定。CH4月平均濃度變化總體上呈雙峰型變化規(guī)律，2月和8月為濃度峰值，5月和11月濃度降低，CH4濃度季節(jié)變化特征較為明顯，表現(xiàn)為夏季偏高，春季偏低。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張其德.大氣二氧化碳濃度升高對光合作用的影響（上）[J].植物雜志，1999（04）：32-34.

[2]徐孝純.中國與全球氣候變化[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)與管理研究，2008（05）：69-72.

[3]劉鵬.溫室氣體在線觀測系統(tǒng)（Picarro）常見故障與處理方法的探討[J].青海環(huán)境，2014（03）.

[4]周凌晞，李金龍，湯潔，溫玉璞，張曉春.瓦里關(guān)山大氣CH4本底變化[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2004（01）.

[5]王寧章，李明，李寶鑫.瓦里關(guān)地區(qū)大氣CO2和CH4濃度的變化特征[J].科技視界，2018（21）：210-211.

[6]張芳，周凌晞，許林.中國科學(xué)：地球科學(xué)瓦里關(guān)大氣CH4濃度變化及其潛在源區(qū)分析[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)，2013（04）.