卫星遥感反演CO2误差分析和低层大气CO2模拟

为应对气候变化，我国承诺了减排义务并在墨西哥坎昆决议上坚持了《京都议定书》和"共同但有区别的责任"原则。但经济快速发展的需求更凸显我国减排面临"三可"核查压力，"三可"核查的难点是大气低层CO2浓度。因低层CO2是排放的CO2在大气传输中与地表交换的结果。但卫星观测只获得粗分辨率整层CO2，再加上国外卫星算法对我国CO2浓度存在高估现象，所以我国要掌握大气低层CO2核查技术，必须开展我国CO2反演误差分析与大气低层CO2浓度模拟能力。.本项目基于短波红外CO2卫星遥感反演原理，分析气溶胶多次散射效应高估CO2浓度的机理，研究我国气溶胶高值区CO2浓度误差校正算法；基于卫星观测和区域气候模式相结合，研究地表高空间分异的CO2通量估算模型；研制CO2循环模拟模块，基于大气输运过程，研究CO2卫星观测和地表CO2通量资料融合方法，建立模拟大气低层CO2浓度空间差异的综合模拟方法。

为应对气候变化，解决减排核查中面临的大气低层CO2浓度核查这一难题，本项目基于短波红外CO2卫星遥感反演原理，分析气溶胶多次散射效应高估 CO2浓度的机理，研究我国气溶胶高值区CO2浓度误差校正算法；基于卫星观测和区域气候模式相结合，研究地表高空间分异的CO2通量估算模型；研制CO2循环模拟模块，基于大气输运过程，研究CO2卫星观测和地表CO2通量资料同化方法，建立模拟大气低层CO2通量空间差异的综合模拟方法。. 本项目针对中国地区大气高浓度颗粒物分布现状，通过构建基于蒙特卡洛方法的气溶胶多次散射模型，分析研究了气溶胶颗粒物散射对短波近红外CO2遥感探测的影响；首次建立了O2-A通道与短波红外1.6μm CO2吸收通道间的气溶胶散射效应波段映射模型，解决了传统经验模型的局限性问题，校正了中国高颗粒物大气背景下气溶胶散射对CO2浓度卫星反演精度的影响，构建了适合我国大气的短波红外通道CO2遥感反演模型。在陆地生态系统CO2通量模型研究方面，对初级生产力估算精度较低的生态系统进行模型优化与改进，提高模型估算精度；并构建了区域尺度陆地生态系统呼吸遥感估算模型，在全国尺度上实现了长时间序列的陆地生态系统碳吸收与碳释放的遥感估算。为了完成大气低层 CO2通量空间差异的综合模拟，构建了基于逐时模拟气象参数的陆地生态系统光合作用与呼吸模型VPRM，并耦合入CMAQ模式中完善对CO2的模拟能力，实现VRAMS-CMAQ在线计算植被光合与呼吸作用对大气CO2浓度的影响；针对CO2卫星观测资料和地基观测资料，构建基于POD-4DVar和区域大气化学传输模式CMAQ的CO2同化系统，降低了CO2浓度初始场不确定性。在此基础上，形成了大气低层CO2浓度数据集，评估了地气交换通量对东亚地区近地面大气CO2浓度变化的影响。. 本项目系统解决通过卫星观测估算大气CO2浓度、地表生态系统光合作用固碳和呼吸、大气CO2区域传输模拟及其和地表生态系统CO2的交换，以及基于地面和卫星观测CO2通量数据同化等关键科学问题，实现了区域尺度底层CO2通量的估算，有助于掌握我国或全球区域CO2浓度变化特征。