解淑艷，王勝杰，王瑞斌

(1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012;2.中國氣象局資產(chǎn)管理事務(wù)中心，北京 100081)

隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快和對能源需求的不斷加大，人類活動造成的大氣中溫室氣體濃度不斷升高，對全球的氣候、生態(tài)等各方面帶來顯著影響［1］。文獻［2］表明，受人為影響的溫室氣體中CO2居于首位。2000年，背景大氣CO2體積分數(shù)值達到368×10－6，較1750年上升了(31±4)%。據(jù)估計，將導致1990年—2100年全球平均氣溫有可能升高1.5～5.8℃［3］，大氣中 CO2等溫室氣體濃度的升高，有可能引起全球氣溫的升高，從而導致海平面上升、降水分布異常等一系列環(huán)境問題。

目前關(guān)于大氣本底觀測臺站約200個，涉及60多個國家和地區(qū)，其中基準站約20個，用于大氣背景CO2時空變化趨勢、全球碳循環(huán)等［4］的研究。許多國家還開展了城市和區(qū)域大氣CO2濃度觀測［5－8］。中國在大氣背景CO2濃度監(jiān)測方面開展較晚，中科院于1988年開始組建成立生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)，目前已擁有40個生態(tài)系統(tǒng)試驗站;中國氣象局正在內(nèi)陸14個關(guān)鍵氣候與生態(tài)區(qū)建設(shè)7個大氣本底站，其中青海瓦里關(guān)、浙江臨安、北京上甸子和黑龍江龍鳳山站已加入 GAW［1－2，9－12］。

現(xiàn)選取東亞地區(qū)5個大氣本底觀測站1994年以來觀測的CO2監(jiān)測資料，分析各站大氣CO2濃度的時空變化特征，以及CO2主要人為源的變化及其影響。

1 數(shù)據(jù)來源

采用溫室氣體世界資料中心(WDCGG)提供的中國瓦里關(guān)、日本 Minamitorishima、韓國 Taeahn Peninsula、蒙古 Ulaan Ul、印度尼西亞 Bukit Koto Tabang觀測點位自1994—2010年監(jiān)測的CO2數(shù)據(jù)。監(jiān)測點位見表1。

表1 監(jiān)測點位

上述觀測臺站均遠離各種人為排放源，站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠較為客觀地反映東亞地區(qū)各種氣候環(huán)境下的大氣CO2濃度分布狀況。

2 結(jié)果分析

2.1 CO2濃度年變化趨勢

各國CO2濃度年際變化見圖1。由圖1可見，自1994年以來，中國、日本、韓國、蒙古、印度尼西亞CO2濃度均呈明顯上升趨勢。

中國、日本、韓國1997年、2001年、2005年、2009年(中國為2008年)CO2濃度不同百分位值分布見圖2(a)(b)(c)。

圖1 各國CO2濃度年際變化

圖2 中國、日本、韓國不同年份CO2百分位值(從5%分位到95%分位)

由圖2可見，3個國家CO2濃度均呈逐年升高趨勢。5%分位值基本可代表該國大氣中CO2背景值，95%分位值可代表該國大氣中CO2濃度的最高值，50%分位值可代表該國大氣中CO2的平均值。

2.2 CO2月均值變化趨勢

各國CO2月均值變化趨勢見圖3。由圖3可見，在北半球國家，冬春季節(jié)溫度較低，大多數(shù)植被落葉，植被通過光合作用固定CO2的能力有所降低，同時人類需要燃燒礦物燃料等進行取暖，也會釋放大量的CO2，此時CO2源增加而匯有所減少，導致CO2濃度較高。當北半球國家處于夏季時，溫度較高，植被茂密，光照時間較長，植被的光合作用較強，對CO2的固定作用較強，因此夏季大氣中CO2源強度較弱而匯強度較強，導致濃度較低。東亞國家CO2濃度逐年升高，北半球國家總體呈現(xiàn)冬春季節(jié)高，夏季低的特點，南半球的印度尼西亞5—6月及 9—10月較低。

圖3 各國CO2月均值變化

2.3 人均CO2年排放量變化

1994—2006年人均CO2排放量變化趨勢見圖4，數(shù)據(jù)來源于CO2信息分析中心(CDIAC)。

圖4 1994—2006年人均CO2排放量變化趨勢

由圖4可見，自1994—2006年，美國人均年排放CO2量遠遠高于其他國家，并保持穩(wěn)定趨勢;日本和韓國人均CO2年排放量在東亞地區(qū)屬于較高水平;中國、蒙古、印度尼西亞人均年排放CO2量較低，中國自2000年以來呈升高趨勢，蒙古和印度尼西亞人均年排放CO2量保持穩(wěn)定。

3 討論

3.1 化石燃料消耗量變化

(1)煤炭消耗量變化。煤炭消耗量變化趨勢見圖5。

圖5 煤炭消耗量變化

由圖5可見，中國、美國煤炭消耗總量遠高于日本、韓國和印度尼西亞 ;日本、韓國、印度尼西亞自1994年以來煤炭消耗量均有不同程度升高，年增長率為3.3%～14.5%，總體處于較低水平。

(2)石油消耗量變化。石油消耗量變化趨勢見圖6。由圖6可見，1994年—2008年，美國石油消耗總量保持較高水平，并遠遠高于東亞地區(qū)國家。日本石油消耗量總體呈下降趨勢 ;中國石油消耗總量總體呈升高趨勢，但遠低于美國。韓國、印度尼西亞石油消耗量呈升高趨勢。

圖6 石油消耗量變化趨勢

(3)天然氣消耗量變化。天然氣消耗量變化趨勢見圖7。由圖7可見，美國天然氣消耗量遠高于東亞地區(qū)國家，總體保持穩(wěn)定。日本、中國、韓國、印度尼西亞天然氣消耗量總體呈上升趨勢。

圖7 天然氣消耗量變化趨勢

化石燃料消耗總量變化趨勢見圖8。由圖8可見，1994年以來，中國化石燃料消耗總量呈上升趨勢，自2002年開始年平均增長率為9.4%，至2008年已接近美國水平，1994—2003年，中國化石燃料消耗總量是日本的約2倍，2008年是日本的4倍。

3.2 森林及農(nóng)業(yè)覆蓋率

(1)森林覆蓋率變化。森林覆蓋率變化趨勢見圖9，數(shù)據(jù)來源:世界銀行。由圖9可見，1990—2010年，日本、韓國、印度尼西亞森林覆蓋率較高，均超過50%。印度尼西亞森林覆蓋率降低明顯，2010年較1990年下降幅度超過10%，日本和韓國森林覆蓋率保持穩(wěn)定，中國森林覆蓋率有所升高，蒙古森林覆蓋率有所降低。

圖8 化石燃料消耗總量變化趨勢

圖9 森林覆蓋率變化趨勢

聯(lián)合國食物與農(nóng)業(yè)組織對各國森林碳儲量見圖10，數(shù)據(jù)來源:聯(lián)合國食物與農(nóng)業(yè)組織FAO［13］。由圖10可見，東亞地區(qū)國家森林碳儲量與森林覆蓋率具有直接關(guān)系，中國森林碳儲量增加較明顯，20年間增長幅度超過40%。

圖10 森林碳儲量變化趨勢

(2)農(nóng)業(yè)覆蓋率變化。農(nóng)業(yè)覆蓋率的變化趨勢見圖11，數(shù)據(jù)來源:世界銀行。由圖11可見，1994—2009年，東亞地區(qū)國家農(nóng)業(yè)覆蓋率總體保持穩(wěn)定。蒙古農(nóng)業(yè)覆蓋率較高，中國農(nóng)業(yè)覆蓋率超過55%，總體保持穩(wěn)定;印度尼西亞、韓國、日本農(nóng)業(yè)覆蓋率較低，印度尼西亞呈升高趨勢，韓國和日本略有降低。

圖11 農(nóng)業(yè)覆蓋率變化趨勢

3.3 CO2濃度與人為源相關(guān)關(guān)系

表2為CO2濃度與上述人為源的相關(guān)關(guān)系，采用相關(guān)系數(shù)0.001的置信區(qū)間。

表2 CO2濃度與人為源的相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)論

(1)1994—2010年，不同氣候背景條件下，東亞地區(qū)CO2濃度有所差異，韓國較高，印度尼西亞較低，各國總體呈升高趨勢，年均增長率0.5%左右;

(2)東亞地區(qū)大氣中的CO2濃度有明顯的季節(jié)性變化，4—5月最高，7—8月最低，春季(3—5月)高于夏季(7—9月)，秋冬2季(10—2月)較平穩(wěn)，變化不大;

(3)東亞各國化石燃料消耗增量明顯，植被及農(nóng)業(yè)覆蓋率除印度尼西亞、蒙古覆蓋率有所降低外，其他各國變化不大。相關(guān)性分析表明，通過削減化石燃料消耗、增加農(nóng)業(yè)或森林覆蓋率可降低空氣中CO2濃度。

致謝:感謝世界溫室氣體數(shù)據(jù)中心(WDCGG)、二氧化碳信息分析中心(CDIAC)和世界銀行、聯(lián)合國食物與農(nóng)業(yè)組織、BP.2009.Statistical Review of World Energy

［1］劉立新，周凌晞，張曉春，等.我國4個國家級本底站大氣CO2濃度變化特征［J］.地球科學，2009，39(2):222 －228.

［2］王長科，王躍思，劉廣仁.北京城市大氣CO2濃度變化特征及影響因素［J］.環(huán)境科學，2003，24(4):13 －17.

［3］IPCC.Climate Change 2001:Synthesis Report［R］.2001:4 － 5.

［4］INOUE H Y，MAT S H.Measurements of atmospheric CO2from a meteorological tower in Tsukuba，Japan［J］.Tellus，2001，53B:205－ 219.

［5］LEVIN I，GRAUL R，TRIVETT B A N.Long-term observations of atmospheric CO2and carbon isotopes at continent al sites in Germany［J］.Tellus，1995，47B:23 －34.

［6］BAKW P S，TANS P P.Measurement s of carbon dioxide on a very t all tower［J］.Tellus，1995，47B:535 － 549.

［7］IDSO S B，IDSO C D，BALLING C R.Seasonal and diurnal variations of near surface atmospheric CO2con cent ration within a residential sect or of the urban CO2dome of Phoenix，AZ，USA［J］.Atmospheric Environment，2002，36:1655 － 1660.

［8］GRIMMONDA C S B，KING T S，CROPLEYA D J，et al.Local scale fluxes of carbon dioxide in urban environments:Methodological challenges and results from Chicago［J］.Environmental Pollution，2002，116:243 －254.

［9］溫玉璞，湯潔，邵志清，等.瓦里關(guān)大氣二氧化碳濃度變化及地表排放影響的研究［J］.應(yīng)用氣象學報，1997，8(2):129－136.

［10］王木林，李興生.大氣本底監(jiān)測站的CH4，CO2和CO濃度的初步分析.我國大陸和西太平洋地區(qū)大氣痕量氣體及其他化學物質(zhì)的監(jiān)測研究［M］.北京:氣象出版社，1986:172－185.

［11］王明星，劉衛(wèi)衛(wèi)，RASMUSSEN R A，等.我國西北部沙漠地區(qū)大氣甲烷濃度的季節(jié)變化的長期變化趨勢［J］.科學通報，1989(9):684－686.

［12］王庚辰，溫玉璞，孔琴心，等.中國大陸上空CO2的本底濃度及其變化［J］.科學通報，2002，47(10):780 －783.

［13］Food and Agriculture Organization of the United Nations.Rome，2011.State of the World's Forests 2011［R］.ISBN 978 －92 －5－106750－5.