香格里拉本底站大气CO2浓度及变化特征初步研究

利用基于光腔衰荡光谱(Cavity Ring Down Spectroscopy,CRDS)技术自组装的大气CO2在线观测系统,于2010年9月—2011年8月在云南香格里拉大气本底站对大气CO2进行了初步观测.该站春、夏、秋、冬季CO2平均本底浓度分别为394.78×10-6(物质的量之比,下同)、386.82×10-6、386.46×10-6和390.74×10-6.全年浓度在4—5月最高,7月份最低,全年月均值振幅约12.22×10-6.四季浓度日平均高值出现在上午7∶00左右,最低值出现在14∶00—17∶00.日变化振幅在冬季最小,夏季最大,分别为1.51×10-6和21.82×10-6.四季西南来向的地面风对CO2浓度均有明显的降低作用.通过四季每日整点后向轨迹聚类计算,结合浓度资料分析发现,该站春、夏、秋季来自于西南方向的气团降低了观测的CO2浓度,而在冬季未起到明显的降低作用,主要因该站局地植被生态系统排放减少所致.     

大气氢氟碳化物采样分析和质量控制方法研究

用自组装采样系统冲洗双口不锈钢采样罐,并采集大气样品至1.36×105 Pa,在实验室利用自组装气相色谱-质谱联用(GC-MS)系统分析样品,对6种主要氢氟碳化物(HFCs)分析精度为0.24%~1.02%.空白实验表明,采样-分析过程未引入污染.通过压力-体积曲线对进样压力变化的影响进行了校正.回收率实验及存储实验表明,6种HFCs回收率范围为99.5%~100.4%,存储112d内HFCs浓度没有显著变化.在北京上甸子区域大气本底站采集80m梯度塔顶大气样品并分析,2个串联采样罐HFCs浓度差值范围为0.04×10-12~0.16×10-12.采样分析与同期该站GC-MS在线观测系统获得的HFCs浓度差值范围为-0.17×10-12~-0.86×10-12.本研究建立的采样-分析-质量控制方法和流程适用于大气中HFCs高精度观测.     

关中地区人为源大气污染物排放清单研究

首次以关中地区为研究对象,通过收集各排放源的活动水平数据,选取国内外研究中的排放因子,采用排放因子法“自上而下”建立了2011年关中地区人为源大气污染物排放清单.结果表明:2011年关中地区人为源SO2、NOx、CO、PM10、VOCs、NH3的排放量分别为400.254×103 t、342.412×103 t、2 731.302×103 t、573.193×103 t、350.523×1 03 t、323.312×103t.其中渭南是SO2、NOx、CO的主要排放城市,西安是VOCs的主要排放城市,咸阳是NH3的主要排放城市,咸阳、铜川同为PM10的主要排放城市;SO2、NOx、CO的主要排放源为工业用煤炭燃烧,VOCs的主要排放源为炼焦、涂料等工业生产过程,PM10的主要排放源为农田秸秆燃烧,NH3的主要排放源为农业化肥施用.清单的不确定性来自活动水平数据的不完善及排放因子缺乏本地特征两方面.为提高清单的可信度,将研究结果与其他排放清单进行比较,结果表明差异度较小.     

不同源汇信息提取方法对区域CO2源汇估算及其季节变化的影响评估

从大气二氧化碳(CO2)浓度观测资料中准确提取源汇或本底信息对区域及全球碳源汇及大气CO2浓度长期变化趋势的定量估计至关重要.本研究以瓦里关大气CO2浓度观测资料为例,探讨了同期地面风和同期一氧化碳(CO)浓度观测资料作为源汇信息提取或本底值筛选因子的有效性.结果表明,地面风和同期CO浓度在冬季可作为筛选因子,但是夏季将其作为筛选因子不是十分有效.采用局部近似回归法(robust estimation of background signal,REBS)、傅里叶变换法(Fourier transform algorithm,FTA)和新发展的平均移动过滤法(moving average filtering,MAF)进行大气CO2浓度源汇及本底信息提取.结果表明,MAF法因其以每2周为一个拟合窗口,采用不断变化和调整的过滤标准,避免了在局部将抬升浓度或吸收浓度百分比过高或者过低估计,优于另外两种方法.3种方法对因区域排放源导致的大气CO2的抬升量的结果无显著差异,但对因区域吸收汇导致的大气CO2降低量差异明显.结果表明,3种方法均可以对受到人类活动排放源影响的CO2抬升浓度合理地筛分,但只有MAF法可对夏季吸收浓度较好地判别.MAF法获得的1995~2008年瓦里关大气CO2多年平均季振幅为约10.3×10-6(摩尔分数,下同),与前期观测结果一致;而REBS法得到的大气CO2逐年季振幅约为9.1×10-6,将会导致低估区域或全球CO2通量值.     

应用根去除法对内蒙古温带半干旱草原根系呼吸与土壤总呼吸的区分研究

2005年生长季分别对内蒙古锡林河流域温带半干旱草原中的羊草自由放牧草原、大针茅自由放牧草原和羊草退化草原中的土壤总呼吸速率和去根土壤的呼吸速率进行了野外测定,初步探讨了在草地群落应用根去除法间接进行根系呼吸测定的可能性,并应用该方法对草地群落根系呼吸占土壤总呼吸的比例进行了估测. 结果表明,应用根去除法在不同草地群落进行根系呼吸占土壤总呼吸比例的估测是切实可行的,其比值范围介于25%～45%之间,平均值为3566%,与国内外相关研究比较,大大提高了其比值的估测精度,在草地碳循环研究中具有较高的应用价值.     

气相色谱-脉冲氦离子化检测法(GC-PDHID)分析大气中分子氢(H2)浓度

在商用Agilent7890A型气相色谱的基础上,通过自组装、集成及调试,建成了基于气相色谱-脉冲氦离子化检测器(GCPDHID,gas chromatography-pulsed discharge helium ionization detector)观测大气中H2浓度的高精度分析系统.系统采用保留时间定性,峰高定量,最低检测限约为1×10-9(摩尔分数,下同).对浓度约为600×10-9的标气重复进样140次用峰高定量的标准偏差优于0.3×10-9.系统对409.30×10-9~867.74×10-9浓度范围的大气H2具有较好的线性响应.系统使用2瓶标气定量,满足世界气象组织/全球大气观测计划(WMO/GAW)对本底大气H2观测的比对目标.2013年1~11月在广州城区开展大气H2采样观测,采集的样品运回北京实验室利用所建系统进行浓度分析,结果表明该城区大气H2浓度在450×10-9~700×10-9之间波动,观测到最低值出现在每日14:00(北京时,下同),最高值在20:00,其大气H2季节变化趋势与北半球同纬度站点情况类似.     

GC-MS和GC-ECD同时在线观测本底大气中的HCFC-142b

2010年5月～2011年5月,利用自组装气相色谱-质谱联用法(GC-MS)和气相色谱-电子捕获检测法(GC-ECD)在线观测系统,在北京上甸子区域大气本底站开展了二氟一氯乙烷(HCFC-142b)在线观测对比实验,GC-MS和GC-ECD系统分析精度分别为0.23%和0.88%.观测期间HCFC-142b浓度变化范围约为21×10-12～355×10-12;通过独立样本T检验P>0.05,表明两种方法获得的HCFC-142b浓度数据无显著性差异;对两套系统观测浓度数据的差值分析表明,造成两套系统观测浓度间微小差别的主要因素是空气样品时间分辨率和观测精度.利用局部近似回归法进行本底值筛分,GC-MS和GC-ECD法获得的本底浓度均值差、中值差、25和75百分位数值差均优于系统观测精度.两种方法捕获HCFC-142b污染过程一致,污染浓度均具有夏秋高冬低的特点;两种方法观测HCFC-142b污染浓度的年变化趋势一致.     

北京上甸子站气相色谱法大气CH4和CO在线观测方法研究

参照瓦里关全球大气本底站气相色谱在线观测系统的设计,通过系统调试、测试和参数优化,于2009年在北京上甸子区域大气本底站建立了高精度气相色谱法大气CH4和CO在线观测系统.该系统对CH4和CO的测量精度分别优于0.03%和0.45%,达到世界气象组织全球大气观测计划(WMO/GAW)的质量目标.研究建立了与该系统配套的标气选取方法及运行序列:选取可基本涵盖该站大气CH4和CO浓度范围的2瓶标气作为工作标气,其中CH4浓度分别为2 007.1×10-9、1 809.5×10-9(摩尔分数,下同),CO浓度分别为405.6×10-9、123.8×10-9,在高低浓度工作标气之间穿插分析3次大气样品,能够保证测量的准确度(观测浓度的标准偏差CH4<1.7×10-9、CO<1×10-9),同时可最大程度地节省工作标气.该方法已应用于华北地区本底大气CH4和CO的高精度连续观测.     

珠江三角洲近地层CO2通量模拟分析与评估验证

利用能分别代表珠江三角洲草地、城市绿地及地带性森林植被生态系统的番禺站、东莞站和鼎湖山站CO2净通量资料对CT-2010碳源汇反演模式系统进行了验证,并利用该模式初步分析了区域净碳通量的时空分布及不同生态系统的碳汇特征.结果表明: CT-2010模式模拟的珠江三角洲城市绿地、地带性植被、以及草地生态系统碳通量与站点观测结果具有较好的一致性,其拟合相关系数(r)高于0.60(P<0.01),小时、逐日、日变化的残差均值低于2.0μmol/(m2?s);模式一定程度上能反映3种生态系统碳通量的季节分布特征,但各月的模拟值均高于观测值,其中对城市绿地生态系统的模拟最接近,残差年均值为0.964μmol/(m2?s),对草地和地带性森林植被生态系统的模拟效果相当,残差年均值分别为 2.056,2.100μmol/(m2?s);2004~2005年期间珠江三角洲地区近地层净碳通量为3.43μmol/(m2?s),其中冬季最强,为1.4μmol/(m2?s),春季次之,为1.35μmol/(m2?s),秋季和夏季最低,分别为0.51和0.18μmol/(m2?s);在冬、春两季,珠江三角洲区域为强的碳源区,而在夏、秋季,粤北和粤东大部分地区为较弱碳汇区;2004~2005年期间珠江三角洲地区陆地生态系统的碳汇为-6.5×10-3PgC,其中农作物,草地/灌木,常绿针叶/阔叶混合林是吸收CO2的主要生态系统,其净通量占陆地生态系统的比率分别为42.01%,31.46%和26.53%.     

长江三角洲背景地区CO2浓度变化特征研究

通过分析2009年1月~2010年12月临安区域大气本底站在线观测获得的CO2浓度,研究地面风向、地面风速、气团输送等因素对长江三角洲背景地区CO2浓度的影响.结果表明,临安站CO2浓度的日变化分布表现为单峰型形态,下午低、凌晨高,浓度日变幅在9.5′10-6~44.3′10-6 (V/V)之间;季节变化特征表现为冬春季高,夏季低,浓度年较差为10.1′10-6 (V/V).通过分析地面风向、地面风速和气团输送等因素对临安站CO2浓度的影响表明,引起CO2浓度升高的地面风向夏季主要为NW~NNE,冬季主要为NNE~ESE;地面风速越大,CO2浓度越小;气团远距离输送的影响主要取决于气团途径区域的CO2排放情况.