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Picarro | 揭示印度半島碳循環(huán)之謎:高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

時(shí)間:2023-7-3 閱讀:427
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隨著全球氣候變化的日益嚴(yán)重,CO2排放已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。了解CO2通量的分布和變化對(duì)于制定有效的環(huán)境保護(hù)政策具有重要意義。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法存在著精度低、時(shí)間和空間分辨率不足等問(wèn)題,如何提高觀測(cè)精度成為了研究的重點(diǎn)。

貝葉斯反演作為一種有效的數(shù)學(xué)方法,可以通過(guò)利用已知信息對(duì)未知參數(shù)進(jìn)行推斷,以揭示CO2通量的分布和變化。下面這篇論文的研究成果對(duì)于深入了解CO2通量的分布和變化,制定有效的環(huán)境保護(hù)政策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值,一起來(lái)看看!

揭示印度半島碳循環(huán)之謎:高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

Picarro | 揭示印度半島碳循環(huán)之謎:高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

工業(yè)時(shí)代以來(lái),二氧化碳(CO2)濃度增加了近50%,主要?dú)w因于人類活動(dòng),尤其是化石燃料的燃燒。CO2對(duì)人為輻射強(qiáng)迫具有重要貢獻(xiàn)。就過(guò)去10年國(guó)家尺度CO2排放量而言,印度排第三,占全球總量的7%。印度上空大氣CO2的季節(jié)性變化主要受季風(fēng)動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致的植被生長(zhǎng)和運(yùn)輸?shù)募竟?jié)性變化所控制。然而,印度大氣中CO2摩爾分?jǐn)?shù)的精確測(cè)量是有限的。

基于此,在所附的文章中,來(lái)自印度的研究團(tuán)隊(duì)基于2017年-2010年印度半島Thumba(8.5°N,76.9°E) ,Gadanki(13.5°N,79.2°E)和Pune(18.5°N,73.8°E)三個(gè)站點(diǎn)地面CO2高精度原位觀測(cè)數(shù)據(jù)(Picarro G2401氣體濃度分析儀)、用于反演的不同來(lái)源CO2先驗(yàn)通量(源自O(shè)DIAC的化石燃料排放、源自VPRM模型的大氣-生物圈交換、源自GFED的野火排放、源自O(shè)TTM模型的海洋通量)、高分辨率拉格朗日粒子擴(kuò)散模型FLEXPART(通過(guò)計(jì)算點(diǎn)、線、面或體積源釋放的大量粒子的軌跡,來(lái)描述示蹤物在大氣中長(zhǎng)距離、中尺度的傳輸、擴(kuò)散、干濕沉降和輻射衰減等過(guò)程。該模式既可以通過(guò)時(shí)間的前向運(yùn)算來(lái)模擬示蹤物由源區(qū)向周?chē)臄U(kuò)散,也可以通過(guò)后向運(yùn)算來(lái)確定對(duì)于固定站點(diǎn)有影響的潛在源區(qū)分布) ,通過(guò)貝葉斯模型反演了印度半島的CO2通量。

在本研究中,Picarro G2401氣體濃度分析儀用于測(cè)量Gadanki和Pune站的CO2混合比。測(cè)量間隔為2.5 s。在Gadanki站,使用外置真空泵和聚四氟乙烯管,以約400 SCCM流速,從樹(shù)冠上方離地面約13米的建筑物頂部將環(huán)境空氣引入Picarro分析儀。在Pune站,Picarro儀器安裝在一座高層建筑頂部,使用外置真空泵和Synflex Decabon管將離地面約15米的環(huán)境空氣輸送至分析儀。兩臺(tái)儀器都定期使用NOAA的氣瓶進(jìn)行校準(zhǔn)。

【結(jié)果】

Picarro | 揭示印度半島碳循環(huán)之謎:高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

(a)Thumba、(b)Gadanki和(c)Pune每周測(cè)量(青色)和模擬(橙色)的CO2混合比的時(shí)間變化。

Picarro | 揭示印度半島碳循環(huán)之謎:高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

(a) 先驗(yàn)通量,(b) 后驗(yàn)通量及其差異平均值。

【結(jié)論】

基于獨(dú)立估計(jì),印度半島地區(qū)的CO2來(lái)源(3.34 TgC yr?1)比化石燃料和生態(tài)系統(tǒng)交換綜合的來(lái)源略強(qiáng)。在季節(jié)尺度上,冬季、季風(fēng)前、季風(fēng)和季風(fēng)后季節(jié),印度半島上空先驗(yàn)通量的通量修正分別為4.68、6.53、-2.28和4.41 TgC yr-1。該研究強(qiáng)調(diào)了使用貝葉斯法優(yōu)化某個(gè)區(qū)域的地表CO2通量的重要性。強(qiáng)調(diào)在反演過(guò)程中需要考慮先前的通量不確定性和觀測(cè)不確定性。反演實(shí)驗(yàn)中使用臺(tái)站的CO2測(cè)量結(jié)果能夠捕捉到印度半島的足跡,有助于更好地限制反演中的通量。但也需要進(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)監(jiān)測(cè),以進(jìn)一步降低估計(jì)通量的不確定性。


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