论文部分内容阅读
作为最重要的温室气体,大气中CO2增加对增强温室效应的贡献大约是65%。GOSAT卫星以它多时相的全球观测数据为全球碳循环研究提供了丰富的CO2浓度时空数据集,可用于大范围、实时客观地定量大气CO2浓度。鉴于卫星观测模式及气象等客观条件所限,GOSAT卫星所获取的大气CO2柱浓度数据在时空采样上很不均匀,其为后续分析带来了困难。因此,本研究在利用时空克里格(MCSTK)插值方法插补空缺数据的基础上,选用K-均值的聚类方法,分别以中国、美国及全球作为研究区域,以CO2的时序变化作为特征向量,挖掘CO2浓度分布的格局,并有助于分析其影响因素。本研究中采用了ACOS团队基于GOSAT观测结果反演得到的CO2柱浓度数据集,通过时空克里格(MCSTK)插值制图,获得了研究区域的CO2柱浓度时空连续数据集。在此基础上的聚类结果表明:中国区域大气CO2浓度的插值结果对K-均值聚类的响应较好,分类较少时,其大气CO2浓度差异较小,而分类较多时,其大气CO2浓度差异明显,且中国区域的聚类大气CO2浓度趋势与原始大气CO2浓度区域较为一致。美国区域大气CO2浓度的插值结果针对三年12季度的K-均值聚类的结果不及中国空间聚类结果。进一步通过将三年数据分开聚类,可得中国和美国聚类中心以及中国和美国聚合度较高的区域。本研究通过分析的CO2柱浓度数据集可以得到:从2010年到2012年全球平均XCO2浓度分别为387.0ppm、388.8ppm、391.0ppm,与WMO发布的全球地面观测结果基本一致。其中中国平均XCO2浓度分别为387.7ppm、389.6ppm、391.9ppm,美国平均XCO2浓度分别为387.7ppm、389.4ppm、391.6ppm。中国和美国大气CO2浓度年均值均高于全球平均水平。全球各个纬度带均显示了不同的年增长趋势和季节变化差异,其中赤道附近有较为明显的季节震荡。同一年的季节上,明显以4-6月最高,7-8月最低。南北半球季节上的高值与低值呈现相反的变化,且时间序列上的季节变化幅度明显不同。其中北半球中纬度地区(特别是中国和美国)是主要的化石燃料燃烧排放区,中国和美国CO2浓度均呈现逐年上涨的趋势,且增幅高于世界平均水平,这与全球经济社会发展状况相吻合。我们基于这些先验知识,对照CARMA全球电厂数据碳排放量统计,得出高浓度高排放区域,并对其进行前向和后向轨迹模拟,并对模拟进行概率统计,得出中国和美国区域目标位置CO2气团扩散的聚类中心以及各方向的扩散概率,表明扩散对周边环境的影响。