發(fā)布時間：2020-09-30 08:58

　　 數(shù)十年來,人類活動導(dǎo)致大氣中的溫室氣體和污染物濃度急劇增加,溫室氣體特別是二氧化碳的大量增加對全球氣候產(chǎn)生了重大影響。目前,人們對二氧化碳的溫室效應(yīng)是引起全球變化的重要因素這一觀點,已達成共識。因此,加強對全球碳循環(huán)的科學(xué)觀測和機制理解具有十分重要的意義。然而缺乏準確、可靠的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量測量資料極大地阻礙了人類對碳循環(huán)機制的理解,同時也難以使各國在碳減排議題上達成共識。因此,只有對二氧化碳氣體的人為、自然源匯進行準確的、完整的測量,獲得長期的、有效的觀測資料,才能支撐后續(xù)的分析和歸納研究,以期獲得對全球碳循環(huán)的最準確的認識。就現(xiàn)有的技術(shù)手段而言,地面或機載測量觀測站點探測精度較高但分布稀疏,基于大氣傳輸模型的針對大陸內(nèi)部的碳通量估算結(jié)果具有很高的不確定度。被動衛(wèi)星遙感(SCIAMACHY、TES、AIRS、IASI、GOSAT、OCO-2 和 TANSAT)能夠獲得稠密的CO2觀測資料,在一定程度的提高了人類對全球CO2分布的了解,但是也暴露一些明顯的缺陷。而差分吸收激光雷達技術(shù)探測大氣組成分氣體,在探測機制上能有效彌補被動衛(wèi)星觀測缺陷,能供更精確估算碳通量,對碳循環(huán)研究做出更重要的貢獻。然而,目前國際上關(guān)于主衛(wèi)星遙感的發(fā)展尚處于初步階段,美國NASA前沿技術(shù)實現(xiàn)機載多波長差分吸收激光雷達系統(tǒng)的樣機研制并獲得了較為成功的實驗,但星載激光雷達系統(tǒng)研制困難且反演過程會因為大氣溫度壓強的分布變化而產(chǎn)生誤差�；诖�,本論文主要做了如下方面的工作:(1)提出了被動衛(wèi)星觀測大氣二氧化碳濃度數(shù)據(jù)的驗證和對比方法。由于目前在軌溫室氣體衛(wèi)星GOSAT和OCO-2衛(wèi)星探測機理的限制,觀測資料XC02數(shù)據(jù)反演準確度有待考量。針對XC02濃度在不同緯度帶、不同地表條件分布特征的不同,利用地基TCCON觀測網(wǎng)數(shù)據(jù),做了完整的驗證和對比工作,評估了被動衛(wèi)星在不同觀測模式、不同緯度帶、不同地表覆蓋下觀測數(shù)據(jù)大氣二氧化碳濃度的精度和準確度,獲取了準確的評估數(shù)據(jù)。同時利用多源遙感數(shù)據(jù)(再分析氣象數(shù)據(jù),MODIS地面參數(shù)等),分析衛(wèi)星探測二氧化碳精度和準確度對于大氣與地面多種參數(shù)的敏感性,為提供數(shù)據(jù)校正方法提供有效資料。(2)提出了星載多波長差分吸收激光雷達反演大氣二氧化碳濃度的方法�；陔p波長差分吸收激光雷達探測大氣二氧化碳的技術(shù),提出了改進的多波長差分吸收激光雷達反演方法。此反演方法能夠在滿足一定條件的信噪比和波長數(shù)量上,反演獲取高精度的二氧化碳柱濃度和分層廓線濃度。通過修改信噪比和實驗波長數(shù)量,對比模擬實驗結(jié)果,評估了改進的多波長差分吸收激光雷達反演方法的性能。模擬實驗反演數(shù)據(jù)準確度在0.07 ppm以內(nèi)。對比其他的多波長反演算法有更準確更精確的實驗結(jié)果。(3)提出了結(jié)合多種環(huán)境遙感參數(shù),對衛(wèi)星大氣二氧化碳濃度數(shù)據(jù)的的空間分布和變化進行成因分析。首先,進行了 GOSAT與OCO-2衛(wèi)星共同觀測期的觀測數(shù)據(jù)對比。分析兩顆衛(wèi)星在全球探測大氣二氧化碳濃度分布的差別,包括空間覆蓋率、不同地表觀測數(shù)據(jù)偏差等。然后利用衛(wèi)星長期觀測數(shù)據(jù),對全球大氣二氧化碳濃度分布和變化進行了分析。最后結(jié)合衛(wèi)星同步反演的葉綠素熒光數(shù)據(jù),以及其他多源遙感數(shù)據(jù)(如土地覆蓋、植被總生產(chǎn)力等),全球尺度和中國地區(qū)上分析二氧化碳時空分布、季節(jié)變化特點,并分析了二氧化碳濃度和植被熒光變化等其他反映植被的參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。(4)最后,總結(jié)了本文所有工作,并根據(jù)研究內(nèi)容對主被動衛(wèi)星聯(lián)合二氧化碳觀測研究的下一階段工作提出了新的要求和展望。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P407
【部分圖文】：

消除碳的過程已經(jīng)逆轉(zhuǎn)，人類活動導(dǎo)致同樣的碳以前所未有的速度進行釋放。工逡逑業(yè)時代以來，大氣中的二氧化碳濃度水平相比１９９０年（京都議定書的基準年）逡逑增加了邋４０％，高于過去８０萬年的任何時間。從圖１－１和圖１－２中，我們也可以逡逑直觀的看到，二氧化碳全球月平均值計算的輻射強迫（ＡＦ邋＝邋ｄｎ（Ｃ／Ｃ0：），其中ａ邋＝逡逑５．３５，Ｃｏ表示未擾動（１７５０年）的二氧化碳豐度２７８ｐｐｍ）（Ｒａｍａｓｗａｍｙ，２００１），自逡逑１９９０年來增加了近５４％。而且在所有的長壽命痕量溫室氣體中，Ｃ０２帶來的輻逡逑射強迫明顯占據(jù)主導(dǎo)地位，隨著時間的推移，所占比率有增大趨勢。大氣和海洋逡逑的額外熱量被Ｃ０２不斷的吸收，導(dǎo)致了全球平均氣溫也不斷的上升一一全球變逡逑暖。目前，隨著人類以越來越高的速度燃燒化石燃料，大氣中的二氧化碳水平繼逡逑續(xù)以不斷加快的速度上升。就人類而言，由于大氣和海洋中二氧化碳的穩(wěn)定性和逡逑長壽性

全球科學(xué)家們不斷修正氣候變化模型，利用各種手段獲取的二氧化碳點排放，點濃度，來估算全球碳通量。但是由于存在嚴重二氧化碳濃數(shù)據(jù)缺失或不準確的問題以及對碳循環(huán)機制理解的不健全，碳通量的估算在精和時空尺度上存在不足。為實現(xiàn)對氣候變化的高精度建模，國內(nèi)外科學(xué)家發(fā)多種方法，試圖準確的測定碳源、碳匯的分布及變化，然而其結(jié)果依然存在較

圖１－７．目前使用的采樣平臺和大氣Ｃ0２測量方法。左下方的機載采樣；左上方高塔測量；右上位于法國逡逑ＰｉｃｄｕＭｉｄｉ的天文臺；右下等待分析的采樣瓶；中間儀器用于空中連續(xù)測量（據(jù)ＮＯＡＡ）逡逑全球溫室氣體參考網(wǎng)絡(luò)測量大氣二氧化碳氣體的方法有利用Ｃ０２分析儀，逡逑１０逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2830635