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(yán)重，CO₂排放已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。了解CO₂通量的分布和變化對(duì)于制定有效的環(huán)境保護(hù)政策具有重要意義。傳統(tǒng)的觀測(cè)方法存在著精度低、時(shí)間和空間分辨率不足等問(wèn)題，如何提高觀測(cè)精度成為了研究的重點(diǎn)。

貝葉斯反演作為一種有效的數(shù)學(xué)方法，可以通過(guò)利用已知信息對(duì)未知參數(shù)進(jìn)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(duì)于深入了解CO₂通量的分布和變化，制定有效的環(huán)境保護(hù)政策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值，一起來(lái)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(shí)代以來(lái)，二氧化碳（CO₂）濃度增加了近50%，主要?dú)w因于人類活動(dòng)，尤其是化石燃料的燃燒。CO₂對(duì)人為輻射強(qiáng)迫具有重要貢獻(xiàn)。就過(guò)去10年國(guó)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(fēng)動(dòng)力學(xué)導(dǎo)致的植被生長(zhǎng)和運(yùn)輸?shù)募竟?jié)性變化所控制。然而，印度大氣中CO₂摩爾分?jǐn)?shù)的精確測(cè)量是有限的。

基于此，在所附的文章中，來(lái)自印度的研究團(tuán)隊(duì)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(gè)站點(diǎn)地面CO₂高精度原位觀測(cè)數(shù)據(jù)（Picarro G2401氣體濃度分析儀）、用于反演的不同來(lái)源CO₂先驗(yàn)通量（源自O(shè)DIAC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O(shè)TTM模型的海洋通量）、高分辨率拉格朗日粒子擴(kuò)散模型FLEXPART（通過(guò)計(jì)算點(diǎn)、線、面或體積源釋放的大量粒子的軌跡，來(lái)描述示蹤物在大氣中長(zhǎng)距離、中尺度的傳輸、擴(kuò)散、干濕沉降和輻射衰減等過(guò)程。該模式既可以通過(guò)時(shí)間的前向運(yùn)算來(lái)模擬示蹤物由源區(qū)向周圍的擴(kuò)散，也可以通過(guò)后向運(yùn)算來(lái)確定對(duì)于固定站點(diǎn)有影響的潛在源區(qū)分布） ，通過(guò)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(cè)量Gadanki和Pune站的CO₂混合比。測(cè)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(tái)儀器都定期使用NOAA的氣瓶進(jìn)行校準(zhǔn)。

【結(jié)果】

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

(a) 先驗(yàn)通量，(b) 后驗(yàn)通量及其差異平均值。

【結(jié)論】

基于獨(dú)立估計(jì)，印度半島地區(qū)的CO₂來(lái)源（3.34 TgC yr−1）比化石燃料和生態(tài)系統(tǒng)交換綜合的來(lái)源略強(qiáng)。在季節(jié)尺度上，冬季、季風(fēng)前、季風(fēng)和季風(fēng)后季節(jié)，印度半島上空先驗(yàn)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(qiáng)調(diào)了使用貝葉斯法優(yōu)化某個(gè)區(qū)域的地表CO₂通量的重要性。強(qiáng)調(diào)在反演過(guò)程中需要考慮先前的通量不確定性和觀測(cè)不確定性。反演實(shí)驗(yàn)中使用臺(tái)站的CO₂測(cè)量結(jié)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(jìn)行長(zhǎng)期持續(xù)監(jiān)測(cè)，以進(jìn)一步降低估計(jì)通量的不確定性。

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