中原碳卫星得到首幅满世界二氧化碳布满图【北

工业和化石燃料燃烧作为温室气体的最重要人为排放源之一,贡献了超过80%的全球CO2排放量。随着全球经济的发展,能源密集型工业源的碳排放量逐年递增。2000年以来,我国能源密集型产业突飞猛进(目前我国钢铁产业的世界占比已超过50%),其碳排放量以每年约9%的速度快速增长。因此,在大范围内进行工业碳排放源的识别和监测对准确估算碳排放量、制定碳减排政策至关重要。目前在工业碳排放源的监测中,通常采用基于排放清单的统计手段,由于空间分辨率及时间分辨率均有限,很难及时、准确监测工业碳排放源排放情况。

哀牢山监测的Hg/CO 比值

中国碳卫星获得首幅全球二氧化碳分布图

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该研究受国家“973”计划项目(2013CB430004)的资助,相关成果(Transboundary transport and deposition of Hg emission from springtime biomass burning in the Indo-China Peninsula,doi:10.1002/2015JD023525)在国际地学大气科学期刊Journal of Geophysical Research-atmosphere上发表。该研究得到了中科院西双版纳热带植物园哀牢山国家野外观测台站的支持。

近日,中国科学院大气物理研究所通过地球观测组织年度大会,展示了中国碳卫星观测的首幅全球二氧化碳分布图,预示着中国碳卫星将为气候变化的研究提供数据支撑。该成果受到与会的美国航天局、日本航天局和欧洲空间局等国外研究机构代表的高度关注。 中国碳卫星是“十二五”期间,由科技部立项,中科院负责工程总体,中科院国家空间科学中心、中科院微小卫星创新研究院、中科院长春光学精密机械与物理研究所、中科院大气物理研究所和中国气象局国家卫星气象中心等多家单位共同承担的科学实验卫星计划,目标是实现全球大气二氧化碳柱平均干空气混合比(XCO2,下文简称“浓度”)的高精度监测,为碳排放科学研究提供卫星资料。2016年12月22日,中国碳卫星在酒泉卫星发射基地成功发射升空并在轨运行,成为继日本GOSAT和美国OCO-2后,国际上第三颗具有高精度温室气体探测能力的卫星。 大气所承担中国碳卫星二氧化碳浓度反演算法研发、碳源汇同化系统研发和卫星数据的科学应用等工作。其中卫星遥感大气二氧化碳的主要挑战是精度要求高,干扰因素多,反演难度大。在国家高技术研究发展计划“中国碳卫星”和中科院战略性科技先导专项“碳专项”等的资助下,大气所团队核心成员、博士杨东旭研发了卫星遥感反演算法(Institute of Atmospheric Physics Carbon dioxide retrieval Algorithm for Satellite observation-IAPCAS)。该算法是基于非线性最优估计方法的“全物理”反演算法,需要高精度模拟太阳辐射在大气中的传输过程。算法充分优化气溶胶光学性质随波长的变化以及卷云的连续吸收等特征,显著降低系统误差,提高反演精度;另一方面,发展了快速矢量辐射传输计算方法,在保证精度的同时,大幅提高计算效率;前期研究表明,算法精度已达国际先进水平。利用该反演算法解析中国碳卫星观测数据,获得了首幅全球二氧化碳分布图。在4月分布图中,可以看出春季由于人为排放形成的北半球二氧化碳浓度高、南半球浓度低的特征;其次对比4月和7月分布图,清晰地显示出由春入夏北半球二氧化碳浓度降低的趋势,表明了生态系统随季节变化的“固碳”作用;分布图也反映出人类活动频繁地区二氧化碳浓度高的现象。 北京幸运28开奖官网 1

图2. 华北地区工厂排放源的识别与分级结果

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根据在云南普洱县境内的哀牢山长达2年的大气汞、CO及气象监测资料,中国科学院地球化学研究所研究员冯新斌课题组利用Hg/CO的相关斜率、后向轨迹模型及二元混合模型对中南半岛生物质燃烧过程排放的汞进行了详细的研究。研究表明,气团经过生物质燃烧区到达哀牢山监测站,其大气中的Hg/CO斜率与工业源排放及背景大气的斜率显著不同,与国际上其他地区已确认的森林火灾产生的Hg/CO斜率一致。在春季的哀牢山,25%的气团Hg/CO比值是由中南半岛生物质燃烧排放汞的跨境传输引起。中南半岛生物质燃烧年均排放的汞为11.4±2.1吨,其中2.2±0.4 吨汞沉降到排放源周边区域。而根据2010的全球人为源汞的排放清单报道,中南半岛人为源排放~25 吨汞,这表明生物质燃烧是该区域重要的大气排汞源。对比结果表明,中南半岛生物质燃烧排放的汞是造成当地及我国西南背景地区大气汞浓度升高的重要原因之一。

(国际地球系统科学研究所 科学技术处)

生物质燃烧是大气汞的重要来源之一,其排汞量约占全球排放总量的10%。该过程排放的汞具有如下特点:骤发性,即在短时间内排放大量的汞;可携带大量的颗粒态汞,这些颗粒态可促使排放源周边区域汞的沉降量迅速增加,进而加速水体环境的汞甲基化过程,造成潜在生态风险。春季的中南半岛是亚洲森林生物质燃烧最频发的区域,其生物质燃烧过程排放的CO可高达20,000吨。我国西南地区与中南半岛接壤,因此,该区域生物质燃烧过程排放的大量汞无疑是我国西南地区大气汞的重要来源之一。

该研究得到了国家重点研发计划、青年千人计划、江苏省杰出青年基金和国家自然科学基金等项目支持,并得到了国内外合作实验室的大力协助与支持。

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针对这一问题,张永光教授团队利用碳卫星2号获取的大气CO2柱浓度数据进行了工业碳排放源遥感监测。相比传统排放清单,OCO-2能以每16天的频率获取公里级大气CO2浓度数据。该研究在刘永学教授基于时间序列夜火数据建立的全球不同类型工业热源数据库(包括钢铁、煤化工、水泥和油气等)的基础上,探索对中国华北平原地区的不同种类工业碳排放源进行大范围遥感识别和监测。结果表明,OCO-2卫星XCO2数据可快速识别出工业源集聚的高排放地区,能在空间和时间维度上监测出不同工业产业的碳排放差异,并最终能够在单点尺度上实现对工厂排放源的识别和分级。

该研究展示了高分辨率遥感CO2数据在大范围工业碳排放源监测方面的潜力和优势,为建立准实时工业碳源监测系统提供了新思路。

近日,南京大学国际地球系统科学研究所张永光课题组和地理与海洋科学学院刘永学课题组合作在高耗能工业碳排放源遥感监测方面取得重要进展。研究成果以《Distinguishing anthropogenic CO2emissions from different energy intensive industrial sources using OCO-2 observations: a case study in northern China》为题发表在期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》上。论文第一作者为2017级博士研究生王松寒,张永光教授和刘永学教授为论文的通讯作者,论文也得到了居为民教授的指导。

图1. 不同人为源集聚区的碳排放差异。第一列为XCO2异常值,第二列为排放量;从左至右依次为煤炭产业、大城市和钢铁产业集聚区

Liu, Y., Hu, C., Zhan, W., Sun, C., Brock, M., and Ma, L. . Identifying industrial heat sources using time-series of the VIIRS Nightfire product with an object-oriented approach. Remote sensing of Environment. 204, 347–365..

Wang, S., Zhang, Y., Hakkarainen, J., Ju, W., Liu, Y., Jiang, F., & He, W. . Distinguishing anthropogenic CO2emissions from different energy intensive industrial sources using OCO‐2 observations: a case study in northern China. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 123..

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