中国区域CO_2源汇的数值模拟研究

【摘要】：工业革命以来,人类活动排放的二氧化碳增加导致全球气候变暖加剧,引起了国内外学者的广泛关注。本论文采用数值模拟的方法研究我国CO2的源汇通量及其时空分布特征,为我国更好的应对气候变化提供科技支撑。 本研究将欧美目前广泛使用的碳源汇数值模式CarbonTracker通过双向嵌套方法实现了对中国区域的降尺度精细化处理,提高中国区域的空间分辨率,得到2000-2009年10年的全球分辨率为3°×2°和亚洲分辨率为1°×1°的CO2浓度结果和1°×1°的通量结果,同时利用已开展CO2长期观测的中国区域内4个本底站(青海瓦里关全球大气本底台、北京上甸子、黑龙江龙凤山和浙江临安区域大气本底站)的观测数据对模拟结果进行验证,并分析了我国CO2源汇及时空分布情况,主要研究结果如下： (1)利用中国区域内4个大气CO2本底站浓度数据对模式的模拟结果进行验证,结果表明,模拟结果与观测数据拟合良好,相关系数均在0.70以上,其中上甸子站的模拟结果与观测数据的相关性最好,1°×1°的结果与观测数据的相关系数达到0.91。除瓦里关外,其他3个站都是1°×1°的模拟结果比3°×2°的模拟结果的相关系数大,说明分辨率提高后,模拟结果的准确度也提高了。 (2)各站CO2浓度与通量存在明显的年际变化、季节变化和日变化：中国区域10年间CO2浓度呈现逐年上升趋势,其中瓦里关站增长幅度最小,年平均值增长了20.27μmol／mol,上甸子增长幅度最大,为27.89μmol／mol;各站COs浓度与通量呈现显著的季节变化,春、冬季较高,夏、秋季较低,其中龙凤山站的CO2浓度季节变化振幅最大,达到14.71μmol／mol；CO2浓度与通量还存在明显的日变化,夏、秋季的日变化较大,从凌晨至夜晚,先减后增。早上6时左右通量降低为负,在中午11时左右最低,之后逐渐升高,在日落之后升为正值：浓度变化也是先减后增,但稍比通量滞后,最低值出现在午后14时左右。春季和冬季的日变化幅度不大。 (3)化石燃料燃烧和火灾通量均为碳源：生物圈通量随季节变化,在夏秋季为碳汇,冬春季为碳源。10年间中国区域内化石燃料燃烧总通量呈每年递增的趋势,从2000年的0.766Pg c增长到2009年的1.663Pg C；生物圈通量变化趋势不规则,其中2003年的值最小,仅为-0.094Pg C,2006年的碳汇值最高,为-0.399Pg C。火灾通量的贡献较小,仅占总通量的1%-2%左右。10年间中国区域内生物圈通量平均年总量为-0.27±0.08Pg C／yr,不同类型生态系统吸收二氧化碳的量各不相同,其中草地／灌木类吸收二氧化碳的量最大,为-0.13Pg C／yr,占生物圈总吸收量的48.4%,混交林、针叶林和农作物／人类居住地分别占总量的14.9%、14.8%和12.9%。 (4)我国CO2浓度和通量的高值区都集中在四川东部重庆西南部地区、上海和江苏南部地区、河北南部河南北部地区、北京、天津和东北等地,CO2浓度最高可达到420μmol/mol以上：新疆、西藏、青海等地浓度较低,在380-390μmol/mol左右,浓度和净通量均呈现夏低冬高的季节变化特征。生物圈通量夏高冬低,夏季为明显碳汇,且东部地区大于西部。化石燃料燃烧通量自东向西逐渐减少,季节变化不明显。海洋通量四季均为碳汇,春、冬季节碳汇量大于夏、秋季节。火灾排放的CO2的量随季节变化不明显。 (5)受湍流扩散的影响,大气CO2浓度整体上随高度的增加而减少。相同时刻不同站点,在4300m以下,不同站点浓度值差异较大,4300m以上,站点间差异不大,变化范围仅为384-386μmol/mol。对于相同站点不同时刻,则是830m以下浓度随时间的变化较大,830m以上浓度基本不随时间变化,且不同季节变化趋势不完全相同。

【关键词】：CarbonTracker模式 数值模拟 CO_2源汇通量 CO_2浓度 时空特征
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X16
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