武汉市大气温室气体浓度变化特征分析
本文采用武汉市吴家湾站(城区站)和东西湖站(郊区站)2013年1月～12月CO2和CH4在线监测数据,及同期风向观测数据、监测站周边生态环境资料等,通过完整性检验、合理性检验和趋势性检验三级质量控制方法,剔除分钟均值样本个数不足总样本数的60％的无效数据以及异常数据后,再求取小时浓度和日均浓度值进行统计分析.采用统计学方法分析了温室气体浓度时间变化特征,研究显示,城区大气中CO2日均浓度变化范围为397.5～486.0ppm,其中80.7％的情况下CO2日均浓度介于400～440ppm,;CH4日均浓度变化范围为1982～2729ppb,其中88.6％的情况下CH4日均浓度介于2000～2400ppb,CO2和CH4年平均浓度分别为427.4ppm、2225ppb.2013年,城区大气中CO2和CH4年平均浓度与2011年中国大气本底相比,分别高35.7ppm和410ppb;与北京上甸子以及纬度相近的浙江临安区域大气本底站相比,分别高出333、25.8ppm和336、281ppb.城区大气CO2浓度季节分布特征表现为夏季低、冬季高,其中最低值出现在7月份,最高值出现在1月,且冬季CO2浓度明显高于其它季节;其日变化在春、夏、秋三季均呈现明显的凌晨高、下午低的单峰型分布形态,但在冬季为双峰型分布,表现出上午及晚间高、下午低的特征.武汉城区大气中CH4季均浓度值从高至低依次为夏、秋、冬、春,季振幅为夏秋高、冬春低.武汉城区大气CH4浓度日变化在春、夏、秋三季皆呈现明显的凌晨高、下午低的单峰型分布形态,但在冬季为多峰型分布,表现出上午(9时前)及晚间(21时左右)高、下午(15时左右)低的特征,且各季节的日变化幅度也存在一定差异.对城区站与郊区站同期观测数据进行了对比,就CO2和CH4浓度水平、变化趋势以及波动幅度等进行了全面分析.结果显示,城区站与郊区站同期观测CO2、CH4浓度变化趋势基本一致,但浓度水平城区站整体较郊区站偏高,相对郊区站大多波动幅度分别在45％、70％以内.将城区站CO2和CH4浓度值与对应风向结合分析显示,武汉各季不同风向下CO2和CH浓度分布与对应风频分布有所不同;NNE～NE、SSE、NW方向上CO2浓度和NE、SSW～SW、SSE方向上CH4浓度基本一致高于当季均值,表明该方向污染源持续排放且受季节变化影响较小,由此表明监测点CO2和CH4浓度变化受主导风向影响相对较小,其主要贡献更多受一些特定风向下局地污染源的影响.结合自然地理环境和局地源考虑,NE风向下CO2和CH4浓度较高,主要是地表植被(灌木、绿地等)呼吸作用及武钢热电厂等化石燃料燃烧排放的共同作用,SSE向高浓度则是由于观测点南部与光谷核心商圈接壤,人群密集,呼吸和交通尾气排放量大,而NW向主要是受东湖中水生生态系统排放的影响.CO2和CH4的浓度基本上随风速的增加而下降.利用HYSPLIT轨迹模式计算了2013年1月～12月观测期间的武汉市72h气团后向轨迹,并进行聚类分析,确定了各类轨迹的空间分布、季节变化特征以及对应的CO2和CH4平均浓度水平.城区大气中温室气体浓度主要受到东南、西北、东北和南向4类气团输送的影响,其中第1类轨迹来自东南向,在四个季节里发生较均匀,出现频率最高,约占全部轨迹的35％.这类轨迹垂直运动平均高度低,在500m以下,传输距离最短,72h的轨迹主要来自武汉周边地区,体现中小尺度输送的特征.该类轨迹对应的CO2的平均浓度为420.3ppm,变幅较大(86.9ppm);CH4平均浓度与其他几类轨迹相比最高,为2151ppb,浓度变化范围最大(894ppb).第2类轨迹来自东北向,在四个季节里皆有发生,占全部轨迹的38％.这类轨迹垂直运动高度较高(达1000m),输送距离为数百至上千公里,72h轨迹主要经过京津塘地区、华北地区到达观测地区.这类对应的CO2的平均浓度最高,为425.3ppm,对应的浓度变幅最大,为114.4ppm;CH4平均浓度2133ppb,变幅为599ppb,皆为几类中的次高值.第3类轨迹来自西北方向,多发生在春秋两季,冬季也有出现,这类轨迹出现频率最低,仅占全部轨迹的10％.该类轨迹运行平均高度最高,达2500m以上,因而气团最为干燥,在所有类别轨迹中输送距离最远,达数千公里,72h的轨迹最远处可到达哈萨克斯坦等西北部接壤国家,而后从西北方向长驱直入,经新疆地区,甘肃、陕西等地到达观测地区.这类轨迹对应的CO2的平均浓度为423.3ppm,CH4平均浓度为2070ppb.第4类轨迹来自南向,这类轨迹季节分布不均匀,集中出现在夏季,少数出现于春季,约占全部轨迹的10％.气团传输距离达上千公里,72h轨迹最远处直达南海洋面地区,而后经珠三角、华南地区,再由长沙和南昌一带地区到达观测点.对应的CO2和CH4浓度水平最低,平均浓度分别为398.3ppm和2004ppb.
温室气体 浓度变化 季节变化 分布规律
吕桅桅 刘敏 王凯
武汉区域气候中心,武汉,430074
国内会议
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2015-10-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）