基于激光和卫星遥感技术的城市二氧化碳浓度三维分布特征研究及其对城市热环境的影响

CO2和黑碳被认为是对温室效应贡献最大的两种物质,对全球气候变化,城市热岛及生态环境有重要影响。如何定量CO2的排放及浓度分布对研究人类活动对全球碳平衡的贡献和对区域热环境的影响有重要意义。本项目通过激光遥感的手段对典型滨海及内陆城市的CO2垂直分布进行观测,找出其垂直分布特征.并结合高分辨卫星GOSAT遥感数据,反演城市区域地面CO2的浓度分布。其结果将与同期地面布点监测的数据进行比较验证,分析CO2的浓度分布特征.建立CO2地面浓度分布的遥感观测方法。本项目的成果将会对研究CO2局地尺度和中尺度的分布规律及其对区域热环境的影响提供可靠的观测手段。同时也将观测黑碳的地面分布，并通过一维红外辐射模式比较CO2及黑碳对城市热环境的相对贡献。

CO2 被认为是对温室效应贡献最大的物质，对全球气候变化，城市热环境及生态环境有重要影响。本项目通过系留飞艇对滨海城市的CO2垂直分布进行了观测，在郊区和市区通过无线数据传输和数据采集装置进行了CO2浓度的定点监测，同时利用移动实验室进行了CO2浓度的移动监测。垂直监测结果表明，CO2浓度随着高度的增加而降低，受地面源汇及大气对流运动的影响地面CO2浓度对高空CO2浓度的影响在300-400m，且CO2浓度的日变化也在此高度上不明显。受地面源汇及大气边界层及其它气象因素的影响，CO2浓度随高度的分布有三种结构，一是CO2浓度随高度变化范围不大，几乎是一个常数；二是CO2浓度随高度降低时出现拐点，三是CO2浓度随高度单调递减，得到一条拟合曲线来描述这种递减的情况：y = -75.04+1.17e-x/28.01，R2 = 0.59 (P<0.05)。定点监测结果表明，近地面大气CO2日变化曲线呈单峰型结构，CO2浓度日变化范围（375.74~418.18）ppm，日平均最高值出现在黎明前后（408.54 ppm），最小值出现在午后附近（379.14 ppm），夜晚平均浓度高于白天；风速日变化曲线与CO2呈现完全相反的变化趋势；用指数函数模型估测到该站点区域CO2背景浓度为386.84 ppm；不同风向上CO2浓度贡献来源不同；CO2浓度与温度、辐射量呈负相关，与湿度呈正相关。移动监测结果表明，CO2浓度的空间分布呈现市中心高沿市中心向边缘处降低的结构，存在“城市CO2岛”现象；不同功能区CO2空间分布存在差异，主要表现为交通繁华区(477.33 ppm ± 6.11 ppm）高于商业居民区（454.95 ppm ± 5.45 ppm）高于自然风景区（441.01 ppm ± 6.24 ppm）高于耕地（436.79 ppm ± 1.87 ppm）高于山体林地（434.06 ppm ± 0.31ppm）；不同时段CO2浓度表现出夜晚高于上午高于下午时段，阴天普遍高于晴天，且不同功能区CO2浓度在夜晚和白天时段差异不同；市区CO2浓度均高于郊区；移动监测主要受道路车辆排放的影响，CO2浓度与PM2.5呈显著正相关关。卫星数据表明，2010年厦门高空CO2柱浓度冬季（384.1 ppm）>秋季（380.9 ppm）>夏季（377.6 ppm）>春季（364.0 ppm）。