瓦里关地区大气CO2和CH4浓度的变化特征

王宁章 李明 李宝鑫

【摘 要】2009年至2016年在瓦里关全球大气本底站，利用Picarro G1301分析仪在线监测到的大气二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）浓度数据资料，分析近8年瓦里关地区的CO2和CH4浓度变化特征。结果表明，瓦里关地区大气CO2和CH4本底浓度呈现逐年增加的趋势，CO2浓度年平均增长率为1.9ppm·a-1，CH4浓度年平均增长率为7.5ppb·a-1，并且两者都具有明显的季节变化特征。CO2浓度夏秋季明显低于冬春季，而CH4浓度最高值出现在每年的8月，最低值出现在2月。

【关键词】瓦里关；Picarro；二氧化碳；甲烷

中图分类号： X51 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0210-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.097

【Abstract】The atmospheric carbon dioxide and methane concentration data monitored online by the analyzer，Picarro G1301，is used to analyze the variation of CO2 and CH4 concentrations from 2009 to 2016 in the Waliguan Global Atmospheric Background Station.The results show that the atmospheric CO2 and CH4 background concentrations are increasing year by year and the annual average growth rates are 1.9and7.5ppb·a-1 respectively.Both have obvious seasonal variation.The CO2 concentration is significantly lower in summer and autumn than in winter and spring， while the highest value of CH4 appeared in August and the lowest in February of each year.

【Key words】Waliguan；Picarro；Carbon dioxide；Methane

0 引言

二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4）是影响地球辐射平衡的最主要的温室气体，同时也是《京都议定书》规定的需要减排的气体。近些年，由于人类活动、化石燃料和生物质燃烧、农业生产、土地利用等的影响，使大气中许多温室气体的浓度急剧上升，对全球气候变化产生了显著的影响，其中对于CO2和CH4等温室气体的研究一直是国内外专家研究的最重要课题之一[1]。

位于青海省海南州共和县瓦里关山的中国大气本底基准观象台（100°54E，36°17N，海拔高度3816米），是欧亚大陆腹地唯一的全球大气本底站，也是31个全球大气本底观测站网之一。瓦里关本底站自1994年建站以来，先后开展了大气中温室气体、反应性气体、气溶辐射以及降水化学等组分的长期连续监测工作，填补了全球大气监测系统在大陆腹地大气本底浓度资料的空白[2]。2008年底，瓦里关本底站新建了一套Picarro温室气体在线观测设备，并于2009年1月开始了温室气体连续测量工作。本文对瓦里关Picarro G1301分析仪测量的2009年1月至2016年12月的CO2和CH4的浓度数据进行了分析。

1 仪器原理

Picarro G1301分析仪采用了波长扫描光腔衰荡光谱技术（WS-CRDS），可以超高灵敏度在线测量大气中CO2和CH4的实时浓度。它的测量原理是：测量腔室内三个反射率为99.999%的超高反射率镜面反射红外激光时，光强度在腔室内部会平稳泄漏并快速衰减到零，光电感应器实时记录了这种衰减过程。需要测量的气体通过泵进入到光室内，特定波长光由于目标气体的强烈吸收，光强的衰减速度会加快，目标气体吸收激光而导致的时间差称为衰荡时间差，它的长短与目标气体的浓度成线性相关。Picarro分析仪通过对光桶内充满目标气体或空腔时激光衰减时间的连续计算和比较，就可以测定出目标气体的实时浓度。

2 大气CO2浓度的变化特征

（1）图1是2009-2016年瓦里关站大气CO2月平均浓度的变化，可以看出，瓦里关站大气CO2大气浓度逐年持续增加，从2009年的平均浓度值389.22ppm上升到2016年的404.44ppm，8年间上升了15.22ppm，年平均增长率约为1.9ppm·a-1，基本反映了北半球中高纬度地区的平均状况，这与瓦里关1991年至2011年的年平均增长率基本一致[3]。

（2）图2为2009-2016年瓦里关地区大气二氧化碳浓度的月平均变化图，从图中可以看到瓦里关地区CO2浓度变化有明显的季节特征，夏秋季浓度明显低于冬春季浓度，并且变化的幅度较大，最高值出现在4月份，达到了398.03ppm，最低值出现在8月份，月平均浓度为389.40ppm。这是由于冬春季化石燃料大规模燃烧产生大量CO2，夏秋季绿色植物光合作用旺盛，消耗CO2较多等原因所造成的。

3 大气CH4浓度的变化特征

（1）图3是2009-2016年瓦里关站大气CH4月平均浓度的变化，可以看出，瓦里关地区大气CH4浓度也呈现逐年增长的趋势，从2009年的年平均浓度值1847.16ppb上升到2016年的1906.85ppb，上升了59.69ppb，年平均增长率约为7.5ppb·a-1，而1991年至2011年瓦里關CH4浓度的年平均增长率为4.26ppb·a-1[3] ，CH4的年平均增长率上升较为明显。

（2）图4是2006-2016年瓦里关地区大气甲烷浓度的多年平均季节变化，可以看出，瓦里关地区甲烷浓度的季节变化特征非常明显，多年平均季节变化的极大值出现在8月份，极小值出现在2月份，夏季和秋季的浓度明显高于冬季和春季，出现这种变化的原因一方面跟瓦里关地区周围草场在夏秋季返青，周边出现大规模的牛羊放牧活动有关系，一方面也与南方地区夏秋季水稻种植产生的甲烷远距离运输有关系。其中8月份数据明显偏高，和瓦里关周边该月份藏族在附近的大规模煨桑活动造成的空气污染也有直接关系。

4 小结

（1）瓦里关地区近些年的CO2和CH4浓度增长明显，与以前的观测结果相比较，CO2浓度的年均增长率基本一致，而CH4浓度的年均增长率上升较为明显。

（2）瓦里关地区CO2浓度有明显的季节变化，夏秋季浓度明显低于冬春季浓度，CO2浓度从1月份开始增长，4月份到达最高值后开始下降，在8月份达到最低值又开始上升。

（3）瓦里关地区CH4浓度变化同样具有明显的季节变化特征，夏秋季浓度高于冬春季浓度，最高值出现在8月份，最低值出现在2月份。

【参考文献】

[1]温玉璞，季秉法.青海瓦里关大气CO2本底浓度变化规律的观测研究[J].中国环境科学，1993（6）：420-424.

[2]周秀骥.中国大气本底基准观象台进展总结报告：1994-2004[M].气象出版社，2005.

[3]赵玉成，刘鹏，王剑琼，等.1991～2011年瓦里关全球大气本底监测事实[J].青海环境，2014，24（1）：32-35.