Picarro | 揭示印度半島碳循環(huán)之謎：高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

隨著全球氣候變化的日益嚴重，CO₂排放已成為人們關注的焦點之一。了解CO₂通量的分布和變化對于制定有效的環(huán)境保護政策具有重要意義。傳統(tǒng)的觀測方法存在著精度低、時間和空間分辨率不足等問題，如何提高觀測精度成為了研究的重點。

貝葉斯反演作為一種有效的數(shù)學方法，可以通過利用已知信息對未知參數(shù)進行推斷，以揭示CO₂通量的分布和變化。下面這篇論文的研究成果對于深入了解CO₂通量的分布和變化，制定有效的環(huán)境保護政策具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值，一起來看看！

揭示印度半島碳循環(huán)之謎：高分辨率貝葉斯反演揭示二氧化碳通量

工業(yè)時代以來，二氧化碳（CO₂）濃度增加了近50%，主要歸因于人類活動，尤其是化石燃料的燃燒。CO₂對人為輻射強迫具有重要貢獻。就過去10年國家尺度CO₂排放量而言，印度排名第三，占全球總量的7%。印度上空大氣CO₂的季節(jié)性變化主要受季風動力學導致的植被生長和運輸?shù)募竟?jié)性變化所控制。然而，印度大氣中CO₂摩爾分數(shù)的精確測量是有限的。

基于此，在所附的文章中，來自印度的研究團隊基于2017年-2010年印度半島Thumba（8.5°N，76.9°E） ，Gadanki（13.5°N，79.2°E）和Pune（18.5°N，73.8°E）三個站點地面CO₂高精度原位觀測數(shù)據(jù)（Picarro G2401氣體濃度分析儀）、用于反演的不同來源CO₂先驗通量（源自ODIAC的化石燃料排放、源自VPRM模型的大氣-生物圈交換、源自GFED的野火排放、源自OTTM模型的海洋通量）、高分辨率拉格朗日粒子擴散模型FLEXPART（通過計算點、線、面或體積源釋放的大量粒子的軌跡，來描述示蹤物在大氣中長距離、中尺度的傳輸、擴散、干濕沉降和輻射衰減等過程。該模式既可以通過時間的前向運算來模擬示蹤物由源區(qū)向周圍的擴散，也可以通過后向運算來確定對于固定站點有影響的潛在源區(qū)分布） ，通過貝葉斯模型反演了印度半島的CO2通量。

在本研究中，Picarro G2401氣體濃度分析儀用于測量Gadanki和Pune站的CO₂混合比。測量間隔為2.5 s。在Gadanki站，使用外置真空泵和聚四氟乙烯管，以約400 SCCM流速，從樹冠上方離地面約13米的建筑物頂部將環(huán)境空氣引入Picarro分析儀。在Pune站，Picarro儀器安裝在一座高層建筑頂部，使用外置真空泵和Synflex Decabon管將離地面約15米的環(huán)境空氣輸送至分析儀。兩臺儀器都定期使用NOAA的氣瓶進行校準。

【結果】

（a）Thumba、（b）Gadanki和（c）Pune每周測量（青色）和模擬（橙色）的CO₂混合比的時間變化。

(a) 先驗通量，(b) 后驗通量及其差異平均值。

【結論】

基于獨立估計，印度半島地區(qū)的CO₂來源（3.34 TgC yr?1）比化石燃料和生態(tài)系統(tǒng)交換綜合的來源略強。在季節(jié)尺度上，冬季、季風前、季風和季風后季節(jié)，印度半島上空先驗通量的通量修正分別為4.68、6.53、-2.28和4.41 TgC yr-1。該研究強調了使用貝葉斯法優(yōu)化某個區(qū)域的地表CO₂通量的重要性。強調在反演過程中需要考慮先前的通量不確定性和觀測不確定性。反演實驗中使用臺站的CO₂測量結果能夠捕捉到印度半島的足跡，有助于更好地限制反演中的通量。但也需要進行長期持續(xù)監(jiān)測，以進一步降低估計通量的不確定性。

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