AIRS反演中国对流层中层大气CH4浓度的变化特征

2020-10-13郑景治

绿色科技 2020年16期

庞皓，郑景治

(安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南 232000)

1 引言

甲烷(CH4)作为仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体，有2种来源，自然界和人为排放，在对流层及以上空间中发挥重要的化学作用[1]。甲烷作为一种在大气中含量较低的温室气体，其温室效应仅次于CO2，其辐射效率(3.63×10-4(W/m2)/10-9)是CO2(1.37×10-5(W/m2)/10-9)的26.5倍[2,3]。

因此研究中国大气CH4浓度的变化特征，有助于了解我国大气CH4的长期趋势与变化规律，为我国CH4的减排提供可靠数据与指导。考虑到我国幅员辽阔，使用卫星遥感检测大气CH4浓度，可以避免地面和空中检测的缺点。本文使用AIRS上的2003年1月份至2019年12月份的CH4浓度数据，对中国对流层中层大气CH4浓度进行了分析与研究。

2 数据资料

AIRS(Atmospheric Infrared Sounder)是搭载在Aqua卫星上的大气红外探测仪，每天扫描地球两次，光谱分辨率(λ/Δλ=1200)高。本文利用的是AIRS观测的AIRS3STM(大气CH4月平均观测数据)资料，水平分辨率为1°×1°。考虑到这台仪器的对CH4的峰值敏感层在北半球的500 hPa大气压左右，位于对流层中层，受气溶胶和云的影响相对较小[4]。本文采用的AIRS的CH4数据为500 hPa压力层的反演资料。

3 结果与分析

从2003～2019年的17年间，500 hPa下中国区域的对流层中层大气CH4的年平均浓度逐年增加(图1)，年平均浓度从2003年的1797.45×10-9增加到2019年的1873.87×10-9，17年间大气CH4浓度增加了76.42×10-9，增幅为4.25%，年均增长率约为4.50×10-9/a；同期全球的对流层中层大气CH4的年平均浓度从2003年的1773.15×10-9增加到2019年的1837.69×10-9，CH4的浓度共增加了64.54×10-9，增幅为3.64%，年均增长率约为3.80×10-9/a。中国地区的CH4年均浓度及其增长率皆大于全球平均水平。

图1 500 hPa处，2003～2019年中国和全球大气CH4年均浓度

图2为2003～2019年中国地区对流层中层(500 hPa)处，大气CH4月平均浓度的变化。其表现出CH4浓度具有显著的月周期特性，大约一个周期为12个月。整体来看，大气CH4浓度含量既有上升趋势，也有周期特性。各月的对流层中层的CH4浓度均高于上年同月，这反映了对流层大气中CH4浓度随时间持续上升的事实。

图2 500 hPa处，2003～2019年中国大气CH4月均浓度

为了详细探究中国对流层中层大气CH4浓度的季节变化，对AIRS的CH4资料进行了月变化分析(图3)。可以看出，中国上空500h Pa处的大气CH4浓度总体上呈高-低峰变化规律，季节变化特征明显，秋冬季节的CH4浓度比春夏季节高，最高值出现在9月，约为1847.32×10-9，最低值出现在5月，约为1817.01×10-9。出现这种现象的原因可能有以下原因：与水稻大量种植有关，我国是世界上最大的水稻种植国，而水稻排放的CH4是中国排放CH4的重要来源之一[5]；秋冬时节，供暖等人类活动导致化石燃料的大量消耗，造成CH4的大量排放。