基于HYSPLIT模型的大气CO_2传输研究

【摘要】大气中二氧化碳（CO2）是一种长寿命气体，其浓度的增加会导致温度的上升，从而引起环境的变化。目前可获取的大气CO2浓度主要有三种途径：地表站点观测，卫星观测数据反演和基于大气传输模型的模拟。地表站点观测虽然精度较高，但由于仪器成本、维护费用和站点密度的因素制约，其不具备范围内的统计特性。基于遥感卫星观测数据反演是获取CO2浓度的一种新的方式，目前，日本GOSAT卫星是世界上唯一的温室气体观测卫星，为获取CO2浓度提供了保障。随着算法的逐渐提高，GOSAT卫星的观测精度也在不断提高。本文研究所采用大气输送的模型为GEOS-Chem模型（v9-01-01），模拟了全球2010年的CO2浓度分布。本文主要得出的结论有以下几点。通过模型模拟的数据与GOSAT卫星观测反演的数据相比较，发现2010年全年GOSAT卫星数据要比GEOS-Chem模型数据的CO2浓度低2.7ppm，但两套数据反映大气CO2浓度的季节变化规律是一致的。针对中国区域克里格插值后GOSAT卫星数据和GEOS-Chem模型模拟数据结果，确定2个浓度异常区域，四川盆地区域和长三角区域，本文根据所确定长三角区域中心点坐标（昆山），利用HYSPLIT4模型对中心点进行后向轨迹模拟运算，并进行可视化。将模拟的轨迹矢量化操作，计算其在0.5°×0.5°格网内出现的概率，并生成概率图。分析2010年昆山地区后向轨迹分布概率。将模拟的结果进行聚类运算，根据总体方差（TSV）最小同时分类具备代表性的原则，将所有轨迹分成4类，分别是北部长距离输送，西南中距离输送，东南中距离输送和局地短距离输送。所占比例分别为29%，17%，18%和36%。结合CO2浓度实时数据，进行分析，4类气团对目标区域的影响均较高。在大陆气团影响下，目标区域的微量气体浓度较为平均，CO2的平均浓度分别为391.7258和391.3001ppm；在海洋气团影响下，CO2气体浓度均较低，为390.8129ppm，在局地气团影响下，CO2的平均浓度为391.7808ppm。由此可见，目标区域受局地气团影响较大，相对而言，来自海洋的气团略洁净一些。根据局4类气团所对应的CO2浓度，确定其CO2源主要是由陆地区域，尤其是局部短距离气流轨迹输送引起的。通过对气流轨迹的模拟和分析的方法，可以直观的确定其CO2源的来向，可以针对性的进行节能减排工作，从而达到节能减排的目的。
【作者】戚佳明；
【导师】洪友堂；
【作者基本信息】中国地质大学（北京），摄影测量与遥感，2014，硕士
【关键词】CO2浓度；HYSPLIT模型；轨迹模拟；聚类分析；

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