李明 东元祯 罗文昭 任磊
【摘 要】利用1994年至2017年瓦里关全球大气本底站在线监测的CO2和CH4数据，分析其变化特征。结果表明：瓦里关地区大气CO2年平均体积浓度呈逐年增加的趋势，年平均浓度从1994年的358.99ppm增加到2017年的406.80ppm，期间CO2浓度共增加了47.81ppm，增幅为13.32%，年平均增长率为1.99ppm·a-1。季节变化特征表现为冬春季偏高，夏秋季偏低。CH4年平均体积浓度从1994年的1804.7ppb增长至2017年的1905.7ppb，CH4浓度共增加了101ppb，增幅为5.6%，年平均增长率约为4.43ppb·a-1。季节变化特征为冬春季偏低，夏秋季偏高。
【关键词】二氧化碳;甲烷;瓦里关
中图分类号： X51 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0097-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.046
The Variation Characteristics of Background Concentration of Carbon
Dioxide and Methane in Waliguan Atmosphere
LI Ming DONG Yuan-zhen LUO Wen-zhao REN Lei
（Chinese Global Atmosphere Watch baseline Observatory， Qinghai Xining 810001， China）
【Abstract】According to the analysis of online monitoring data of CO2 and CH4 at the Waliguan Global Atmospheric Watch Station from 1994 to 2017，It is concluded that the average volume concentration of CO2 in Waliguan area is increasing gradually year by year.The annual average concentration of CO2 has increased from 358.99 ppm in 1994 to 406.80 ppm in 2017.During this period， the concentration of CO2 increased by 13.32% with an absolute value of 47.81ppm，and the average annual growth rate is 1.99ppm·a-1.The seasonal variation characteristic of CO2 concentration is higher in winter and spring while lower in summer and autumn.Besides， the annual average concentration of CO2 has increased from 1804.7ppb in 1994 to 1905.7ppb in 2017.During this period， the concentration of CH4 increased by 5.6% with an absolute value of 101 ppb， and the average annual growth rate is 4.43ppb·a-1.The seasonal variation characteristic of CH4 concentration is lower in winter and spring while higher in summer and autumn.
【Key words】Waliguan; Carbon dioxide; Methane
0 引言
中國及全球各地气温的变化与大气二氧化碳（CO2）甲烷（CH4）等温室气体浓度有着显著的相关性，CO2作为大气中最重要的一种人为GHG，贡献了约66%的长寿命温室气体辐射强迫。而单位浓度CH4的温室效应比CO2大20倍，贡献约17%的长寿命温室气体辐射强迫。近百年来，全球工业农业迅速发展，煤、石油、天然气等化石燃料的大量使用及森林的破坏致使CO2逐年增加，农业生产活动使得CH4和氧化亚氮增加幅度明显[1-2]。
中国大气本底基准观象台（瓦里关）位于青海省海南州共和县瓦里关山（100°54E，36°17N，海拔高度3816米），作为欧亚大陆腹地唯一的全球大气本底站，瓦里关站所提供的大气CO2和CH4本底观测资料不仅能体现亚洲内陆地域气候特点又可对全球气候变化提供可靠的分析依据， 辅以其他相关资料， 还可进一步揭示中国内陆高原大气CO2和CH4本底特征的成因。
1 数据与仪器
本文采用瓦里关1994年至2017年CO2和CH4的在线观测数据，1994年至2009年是由WMO提供资助，加拿大大气环境局二氧化碳实验室负责技术指导并安装调试的气象色谱HP 5890Ⅱ型系统进行CO2和CH4的本底浓度的连续测量。2009年底开始，中国气象局陆续在瓦里关/上甸子等本底站建立Picarro G1301温室气体在线观测系统，该仪器采用了波长扫描光腔衰荡光谱技术（WS-CRDS），通过高精度特定识别的传感器测量有效路径可达20km的激光衰荡时间差。专利的高精度波长监视器确保了只有特定吸收光谱可以被检测到，这大大减少了分析仪对于干扰气体的灵敏度，从而确保在混合气体中超衡量测量[3]。
2 结果与讨论
2.1 二氧化碳体积浓度变化特征
瓦里关自1994年11月起开始在线连续观测CO2，从24年的观测数据来看，瓦里关地区大气CO2年平均体积浓度呈逐年增加的趋势（图1），年平均浓度从1994年的358.99ppm增加到2017年的406.80ppm，期间CO2浓度共增加了47.81ppm，增幅为13.32%，年平均增长率为1.99ppm·a-1。且年增长率一直处于逐年增大的趋势，2017年比历年平均增长率高0.37ppm·a-1。2017年每月CO2平均浓度都在400ppm以上，这是瓦里关地区开始观测CO2以来第一次全年月平均浓度均超过400ppm。2017年CO2月浓度最大值均出现在4月，为411.88ppm，2017最小值出现在8月，为401.25ppm。除1999年和2002年出现负增长率，其他年份CO2浓度的年增长量均大于0ppm（图2）。瓦里关大气CO2本底浓度大体反应了北半球中高纬度地区的平均状况。
图3为1994—2017年CO2月平均浓度变化，说明CO2浓度季节变化特征明显，表现为冬春季偏高，在4月到达极大值（386.45ppm），夏秋季偏低，在8月到达极小值（376.98ppm）。这是因为瓦里关山及周围地区自然环境以高原草甸和沙洲为主，以牧业较多[4]，夏秋季植被光合作用强，消耗较多的CO2，而冬春季因化石燃料的大量使用产生较多的CO2[5]。
2.2 甲烷體积浓度变化特征
瓦里关自1994年8月起开始在线连续观测CH4，同CO2一样，瓦里关地区大气CH4年平均体积浓度呈增加的趋势（图4），年平均浓度大体呈线性增长，从1994年的1804.7ppb增长至2017年的1905.7ppb，年平均增长率约为4.43ppb·a-1，2002年、2013年的增长幅度较往年更加明显。不同年份CH4浓度年增长率如图5中所示，1997-2000年变化率最大，从2003年开始变化率差异逐渐变小，趋于稳定。
从1994至2017年CH4平均月浓度变化图中可看出（图6），总体上呈双峰型变化规律，2月和8月为浓度峰值，8月CH4浓度最高，为1861.2ppb，11月最低，为1849.2ppb。CH4浓度季节变化特征较为明显，表现为夏季偏高，春季偏低，这与北半球中高纬度地区季变化的位相和季振幅的平均水平并不相符。推测出现这种异常的原因可能有3方面：（1）夏季瓦里关地区的放牧活动增多，CH4的排放源增多。（2）夏季瓦里关主导气流（来自西宁以及黄河河谷工业地带）输送，人为活动排放的CH4通过长距离输送也使夏季瓦里关大气CH4浓度较高。（3）冬季CH4浓度较低可能是因为放牧活动的减少及主导风向的转向[6]。
3 结论
（1）瓦里关地区大气CO2年平均体积浓度呈逐年增加的趋势，且增长率逐渐增大。CO2浓度季节变化特征明显，表现为冬春季偏高，夏秋季偏低。
（2）大气CH4年平均体积浓度呈波动增加的趋势，从2003年开始变化率差异逐渐变小，趋于稳定。CH4月平均浓度变化总体上呈双峰型变化规律，2月和8月为浓度峰值，5月和11月浓度降低，CH4浓度季节变化特征较为明显，表现为夏季偏高，春季偏低。
【参考文献】
[1]张其德.大气二氧化碳浓度升高对光合作用的影响（上）[J].植物杂志，1999（04）：32-34.
[2]徐孝纯.中国与全球气候变化[J].技术经济与管理研究，2008（05）：69-72.
[3]刘鹏.温室气体在线观测系统（Picarro）常见故障与处理方法的探讨[J].青海环境，2014（03）.
[4]周凌晞，李金龙，汤洁，温玉璞，张晓春.瓦里关山大气CH4本底变化[J].环境科学学报，2004（01）.
[5]王宁章，李明，李宝鑫.瓦里关地区大气CO2和CH4浓度的变化特征[J].科技视界，2018（21）：210-211.
[6]张芳，周凌晞，许林.中国科学：地球科学瓦里关大气CH4浓度变化及其潜在源区分析[J].中国科学：地球科学，2013（04）.
