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.     

我国4个WMO/GAW本底站大气CH4浓度及变化特征

利用基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术自组装的大气CH4在线观测系统,于2009～2010年在青海瓦里关、浙江临安、北京上甸子和黑龙江龙凤山这4个世界气象组织全球大气观测网(WMO/GAW)大气本底站对大气CH4进行了在线观测.临安站在所有季节中CH4浓度都表现出类似的日变化趋势,即浓度在每日～05:00(北京时间)达到最高值,在～14:00为最低.夏季龙凤山站CH4浓度表现出类似的规律,但其日变化振幅较大,达到216.8×10-9(摩尔分数,下同).上甸子站春、秋、冬季CH4浓度呈现类似变化趋势,但夏季日平均值较高,在晚间～20:00达到最高值,瓦里关站四季CH4浓度日变化均不明显.3个区域本底站(临安、上甸子和龙凤山)全年CH4本底浓度存在明显的变化,临安站CH4本底浓度在7月达到全年最低水平.龙凤山站则表现出相反的趋势,在8月达到全年最高值,其全年浓度表现出"W"型变化.冬季龙凤山和上甸子站CH4浓度高于春季和秋季.瓦里关站全年浓度变化较小,月平均浓度振幅仅为11.5×10-9.临安、上甸子和龙凤山3个区域本底站夏季CH4非本底数据占总数据的比例>70%.为分析气团传输的影响,对4站夏季高浓度时刻(瓦里关:CH4>1 870×10-9,龙凤山CH4>2 100×10-9,临安CH4>2 150×10-9,上甸子CH4>2 050×10-9)对应的气团轨迹进行聚类分析表明,夏季出现的高浓度CH4观测数据可能主要由气团传输所引起.     

中国西部背景地区PM2.5化学组分特征及其对大气散射系数的影响

于2009年春、夏和秋季在全球大气本底基准监测站青海瓦里关同步观测了PM_(2.5)中主要化学成分和大气散射系数(bsp).结果显示,观测期间瓦里关PM_(2.5)浓度年均值为(12.6±12.0)μg·m~(-3),显著低于国家年均值标准.总水溶性无机离子和碳气溶胶浓度分别为(1.7±1.6)μg·m~(-3)和(3.2±1.0)μg·m~(-3),分别占PM_(2.5)浓度的16.5%和25.4%.基于IMPROVE经验公式,瓦里关bsp最主要的贡献因子是有机物(OM)和土壤尘(FS),贡献率分别达到48%和28%,其它组分对bsp的贡献率均小于10%.     

瓦里关山大气CO2及其δ13C本底变化

利用 1991— 2 0 0 1年期间实测资料 ,分析了瓦里关全球基准站大气CO2 及其δ13 C本底特征 ,并探讨了与源汇过程的关系 .结果表明 ,瓦里关大气CO2 及其δ13 C本底变化主要反映了北半球中高纬度大陆自然生态系统源汇的周期性季节特征 ,而海洋的作用相对较弱 ;大气CO2 及其δ13 C本底浓度范围与所处纬度带平均状况基本吻合 ,年平均值以及年际间涨落与全球水平的一致性反映出化石燃料燃烧等人为排放对大气圈的全球性影响 ;瓦里关站提供的主要温室气体本底观测资料 ,既能体现亚洲内陆地域特点又具有全球代表性 ,配合以其它相关资料 ,还可进一步揭示中国内陆高原大气CO2 及其δ13 C本底特征的成因 .     

光腔衰荡光谱(CRDS)法观测我国4个本底站大气CO2

利用基于光腔衰荡光谱(CRDS)技术自组装的大气CO2在线观测系统,于2009年在青海瓦里关、浙江临安、北京上甸子和黑龙江龙风山4个世界气象组织全球大气观测网(WMO/GAW)大气本底站对大气CO2进行了在线观测.初步分析结果表明,4站全年大气CO2体积分数最低值出现在7～8月,夏季临安、龙风山和上甸子站CO2平均体积...     

本底大气CO2观测分析过程中QA/QC方法的建立与评估

建立科学规范的本底大气CO2采样观测分析过程中的质量保证与质量控制方法,是实现该数据资源同化和共享的基础.本研究以中国气象局温室气体网络化采样观测经验为基础,以便携式采样观测、波长扫描-光腔衰荡(WS-CRDS)分析技术为例,系统介绍了我国青海瓦里关全球本底站大气中CO2采样观测过程中的质量保证措施,样品分析过程中的玻璃瓶质量保证措施和样品分析过程中的系统质量控制方法、数据处理过程中的校正方法、数据分级质量标记和数据拟合插补方法等;并重点对该方法中几个关键步骤进行了评估验证;最后,应用本研究方法,对我国3个区域大气本底站CO2的采样观测数据进行了处理和浓度变化特征分析,说明本研究方法也可以较好地捕捉区域和局地环境因素影响对观测结果的影响,并客观、准确地反映该区域的自然和人为活动特征.     

地面风对瓦里关山大气CO2本底浓度的影响分析

使用 1994年 7月— 2 0 0 0年 7月大气CO2 和地面风现场连续观测资料 ,分析了瓦里关全球大气本底基准站 (36°17′N ,10 0°5 4′E ,海拔 3816m)地面风变化对大气CO2 本底浓度的影响 .结果表明 ,水平风向、风速和垂直风向、风速的变化对大气CO2 观测值的影响在春、夏、秋、冬季有明显不同 .由大量观测事实的统计平均还给出了瓦里关山大气CO2 浓度在不同季节的分布范围和日变化类型 ,并分析了形成原因 .将地面风数据作为大气CO2 本底资料的过滤因子之一 ,提出了适用于不同使用目的和要求的我国内陆高原地区大气CO2 本底数据筛选方法     

中国区域近地面及高空CH_4时空分布特征研究

文章利用全球首颗专用温室气体观测卫星"呼吸号"(GOSAT)上的被动红外探测器(TANSO)官方反演的CH_4浓度L4B数据产品研究2009年6月-2012年5月期间中国区域近地面975 hPa和高空400、250 hPa高度CH_4浓度数据通过与中国地区全球大气本底站(瓦里关站)的数据进行比对验证,剔除L4B中的不合理数据,分析其分布的时空变化特征,同时分析了中国区域对流层和瓦里关站CH_4 2009-2012年间的变化情况以及增长率并将瓦里关站与TCCON全球CH_4地面观测站点数据进行分析比较。结果表明:中国区域CH_4分布在垂直方向上随高度增加而逐渐下降,CH_4主要分布在华北地区,且春夏季节较为强烈,中高层CH_4呈增长趋势,而瓦里关站则有下降的趋势。     

《2013年中国温室气体公报》发布温室气体浓度持续上升

<正>根据中国气象局9日发布的《2013年中国温室气体公报》,2013年青海瓦里关全球大气本底站监测的二氧化碳、甲烷和氧化亚氮3种主要温室气体年平均浓度分别升至397.3×10-6、188×10-9和326.4×10-9,均创下1990年建站以来的新高,与北半球中纬度地区平均浓度大体相当,高于同期全球平均值.中国气象科学研究院院长端义宏在发布会上介绍,整个北半球同纬度地区,包括美国、日本、欧洲,温室气体浓度都是相当的.青海瓦里关全球大气本底站是全球30个大气本底站之一,是北半球内陆腹地唯一大气本底观测站,其     

双通道气相色谱法观测本底大气中的CH_4、CO、N_2O和SF_6

在商用Agilent6890N气相色谱仪基础上,通过自组装、集成及调试,在青海瓦里关全球大气本底站建立了双通道气相色谱在线观测系统,以实现同时高精度分析本底大气中的CH4、CO、N2O和SF6.同时,利用保留时间定性,用峰高定量CH4、CO和SF6,用峰面积定量N2O,对体积分数分别为2000.3×10-9、199.8×10-9、320.04×10-9和5.9×10-12的CH4、CO、N2O和SF6混合标气重复进样110次,分析时每隔3个未知样品穿插分析1个标气,以保证分析结果的可靠性.该站试运行期间的数据表明,该系统分析CH4、CO和SF6的稳定性较好,能满足清洁本底大气高精度、高准确度分析要求,分析结果的相对标准偏差(RSD)分别为0.04%、0.50%、0.08%和1.80%.     

江西赣州站大气CO2和CH4浓度变化特征研究

通过分析2018年12月—2019年11月江西赣州站大气CO₂和CH₄浓度高精度在线观测资料,对其CO₂和CH₄浓度变化特征进行了研究,分析了区域大气输送的影响以及潜在排放源区分布特征.结果表明：研究期内赣州站CO₂和CH₄的平均浓度分别为433.1×10^-6和2142.5×10^-9.赣州站CO₂和CH₄浓度日变化均表现为日间低、早晚高,CO₂浓度日振幅在夏季最大,为29.7×10^-6,冬季最小,为6.9×10^-6.CH₄浓度日振幅在秋季最大,为145.1×10^-9,冬季最小,为41.4×10^-9.CO₂本底浓度季节变化表现为4—8月迅速下降,8—11月逐渐上升,最大值出现在1月,最小值出现在8月,季节振幅为26.2×10^-6.CH₄本底浓度季节变化表现为1—7月逐渐下降,7—9月逐渐上升,最大值出现在1月,最小值出现在7月,季节振幅为79.5×10^-9,基本可代表江西赣州地区混合均匀大气的CO₂和CH₄季节变化状况.与南昌站对比分析表明,赣州站各季节CO₂和CH₄本底浓度均低于南昌站.赣州地区CO₂和CH₄潜在源区主要分布在江西北部、湖北东部、安徽南部和珠江三角洲地区.     

杭州西溪湿地CH4、CO2通量及其主要影响因子

本研究采用便携式温室气体分析仪连接通量箱在线监测杭州西溪湿地CH_4、CO_2通量日变化及季节变化,同时也对包括有机碳含量、湿度、孔隙度、比重、p H、Eh在内的潜在影响因子进行了研究。结果表明,通常情况下,CH_4、CO_2通量的变化分别为-0.001 9~0.035 3mg/(m~2·h)和-109.76~442.55mg/(m~2·h);CH_4、CO_2通量的变化存在明显正相关关系。CH_4通量的季节变化表现为夏季秋季春季冬季;CO_2通量的季节变化表现为夏季春季冬季秋季。土壤湿度是影响CH_4通量变化的重要因子,通常湿度越大,CH_4通量越大;在生长季维管植物有助于CH_4的氧化;西溪湿地土质差异也使CH_4、CO_2通量排放有所差异,具体表现在土壤有机碳含量相差较大,而土壤中有机碳的含量与CH_4产生潜力呈显著正相关。     

施用畜禽粪便堆肥品的蔬菜地CH4、N2O和NH3排放特征

农田是重要的温室气体排放来源之一,其中蔬菜地的温室气体排放日益受到人们关注.以北京市郊某温室种植的油麦菜地为研究对象,通过大棚试验,考察和比较了油麦菜地施用不同类型畜禽粪便堆肥产品的CH4、N2O和NH3排放特征及其影响因素.结果表明,油麦菜地NRM、RM、CF处理的CH4排放系数分别为0.2%、0.027%、0.004%;N2O排放系数分别为0.18%、0.63%、0.74%;NH3排放系数分别为2.00%、3.98%、2.53%.CH4排放通量与土壤温度和地表湿度相关,N2O排放通量与土壤温度、地表温度和湿度相关,CH4、N2O和NH3排放通量均受土壤含水率影响,而温室中的气温不是影响CH4、N2O和NH3排放的主要因素.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

淹水增加对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水地球化学特征及CO2和CH4排放通量的影响

海平面上升使得河口潮汐湿地淹水高度增加,对CO_2和CH_4的排放通量产生重要影响,但目前绝大多数研究集中在淹水增加对河口盐沼湿地的影响,淹水增加对于河口淡水潮汐湿地的影响缺乏数据.鉴于此,本研究利用模拟潮汐池和中型生态系,研究淹水增加15 cm和30 cm后对闽江河口淡水潮汐湿地孔隙水(NH_4+、NO_3-、DOC、溶解性CH_4和DIC)浓度及CO_2和CH_4排放通量的影响.结果表明,淹水高度增加15 cm和30 cm后,CO_2的排放通量分别下降28. 53%和36. 56%;淹水增加15 cm时,CH_4的排放通量没有显著变化,增加至30 cm后,CH_4的排放通量显著增加29. 27%;淹水高度增加15 cm和30 cm,孔隙水CH_4的浓度分别增加47. 83%和73. 91%.淹水增加对孔隙水DOC浓度变化影响不显著.淹水增加促进孔隙水NH_4+浓度,并降低孔隙水DIC和NO_3-的浓度.淹水增加降低CO_2和CH_4排放通量的温度敏感性.根据研究结果,未来海平面上升50 a和100 a后,闽江河口淡水潮汐湿地的综合增温潜势将分别降低28%和35%.     

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.     

外源氮、硫添加对闽江河口湿地CH4、CO2排放的短期影响

于2015年4月在闽江河口鳝鱼滩湿地原位开展氮、硫添加实验,研究外源氮、硫添加对河口湿地CH_4、CO_2排放通量的短期影响,并同步观测相关环境因子.结果表明,NH_4Cl(NH)和NH_4NO_3+K_2SO_4(NS)添加显著促进了河口湿地CH_4平均排放通量(P0.01),NS耦合添加显著促进了湿地CO_2平均排放通量(P0.05);KNO_3(NO)和K_2SO_4(S)处理在实验期间对CH_4、CO_2排放通量表现为促进与抑制作用的交互影响,并且影响均不显著(P0.05).与对照(CK)相比,NH和NS添加使CH_4平均排放通量分别提高了(286.36%、122.73%),使CO_2平均排放通量分别提高了(39.92%、34.24%).氮、硫添加对河口潮滩湿地CH_4、CO_2排放的影响具有明显的时间变异性,改变了短叶茳芏湿地生长季CH_4排放时间变化规律,但未改变CO_2排放时间规律.相关分析显示,NH和NS添加处理下河口湿地土壤CH_4、CO_2排放通量主要受土温、EC、DOC以及NH+4-N的控制(P0.05或P0.01),NO和S处理主要受土温、EC、pH、DOC、NO_3~--N的控制(P0.05或P0.01),CK处理则主要受土温的影响(P0.01).温度、盐度、氮有效性是影响河口湿地CO_2、CH_4排放的主要因素.     

碳底物含量对厌氧条件下水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响

理解底物碳氮对厌氧条件下水稻土排放氮素气体——氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)以及二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的影响,有助于制定合理的温室气体减排措施,定量了解反硝化产物组成对碳底物水平的依赖性,也有助于氮转化过程模型研发中制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究采用粉砂壤质水稻土为研究对象,设置对照(CK)和加碳(C+)两个处理,前者的初始硝态氮和可溶性有机碳(DOC)含量分别为~50 mg·kg-1和~28 mg·kg-1,后者的分别为~50 mg·kg-1和~300 mg·kg-1.采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定系统,研究了完全厌氧条件下碳底物水平对上述气体排放的影响.结果表明,CK处理无CH4排放,而C+处理可观测到CH4排放;C+处理的综合增温潜势显著高于CK处理(P<0.01);NO、N2O和N2排放量占这3种氮素气体排放总量的比重,在CK处理分别约为9%、35%和56%,在C+处理分别约为31%、50%和19%,处理间差异显著(P<0.01).由此表明,碳底物水平可显著改变所排放氮素气体的组成;对于旱地阶段硝态氮比较丰富的水稻土,避免在淹水前或淹水期间施用有机肥,有利于削减温室气体排放.