城市二氧化碳：借我一双慧眼，让我把你看透

事关人类命运的预测

地表向外辐射的一部分长波热辐射线被大气吸收并反射回地面，这样就使地表和低层大气温度升高，因此大气层起到了类似“温室”的作用，大气层的这种作用就被称为“温室效应”。气候系统内部变化后，会引起大气层顶辐射的收入-支出随着变化。辐射强迫就是对某个因子影响地球—大气系统能量平衡的一种程度度量，正强迫使地球表面增暖，负强迫则使其变冷。

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温室气体通过增加地气系统接收的辐射来达到增暖效果。如果把气候系统的能量传输比作水流，那么CO2等气体造成的温室效应就相当于一个从外部不断向地球系统内流水的龙头。能量首先通过温室气体被储存到大气这个相对小的容器，然后通过海气相互作用进入到更大的容器海洋，并在更长的时间尺度持续影响全球气候变化。最新的greenhouse gap report报告显示，未来几十年全球升温幅度可能突破1.5℃，本世纪后期甚至将突破2℃。这个增温判断是基于多个气候模式对全球气候模拟的结果。

作图：许婧

（参见 全球变暖停滞了吗？——关不上的能量“水龙头）

科学家们根据当前的全球不同区域的社会经济发展形势，设计了四种不同的社会经济发展情景，称为路径浓度RCPs(Representative Concentration Pathways)，用于量化未来100年甚至更长时间的由于人类社会发展造成的温室气体浓度的变化，由低到高分别为RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5，后面的数字表示到2100年由温室气体排放导致辐射强迫增加量2.6W/m-2—8.5 W/m-2。

不同RCP情境下全球变暖预估[4]

其中，最理想的RCP2.6假设人类采用更多积极的方式使得未来10年，温室气体排放开始下降。到本世纪末，温室气体排放就成为负值，这是一种积极乐观的假设。在以上四个场景假设的场景中，只有RCP2.6在本世纪末气温上升幅度不会超过2℃。RCP6.0和RCP4.5两个场景假设自2080年以后，人类的碳排放就降低，但依然要超过允许数值。RCP8.5排放情境下，到2100年时空气中的二氧化碳浓度要比工业革命前的浓度高3—4倍。

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二氧化碳空间分布研究

大气中CO2浓度直接影响着地球未来气候的走向，面对尚未到来的明天，气候模式是预估气候变化的法宝。但气候模式并非空中楼阁，需要有观测事实的约束，因此CO2空间分布的研究对约束和提高大气CO2的模式评估具有重要意义。特别是城市作为人类活动活跃地区，人们对城市地区大气CO2的了解比较有限，人为源和自然源各自对CO2浓度的贡献也缺乏清晰的认识。大气科学进展（Advances in Atmospheric Science）近期发表的文章中，研究人员对城市群的CO2的潜在源区和分布特征进行了分析。 

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研究人员利用光腔衰荡技术对珠江三角洲地区的大气CO2本底浓度（本底浓度指在未受到人类活动影响的条件下大气各成分的自然含量，也称背景浓度）和潜在源区进行了测量。结果表明在观测期间，大气CO2接近70%的浓度受到背景浓度影响，大气CO2的本底浓度在春、冬季最高，秋季居中，夏季最低。大气CO2 浓度约20%受到排放源的影响，季节分析结果显示，本地春、夏季大气CO2浓度会受到越南南部沿海、中国南海和珠江口东南部的影响，而夏季还会受到台湾东南部气流，越过珠江口的影响。

不同季节大气CO2潜在源区的概率特征。[1]

大气作为一个流动的整体系统，人类活动造成的温室气体排放不仅仅影响到排放源地区，还因为大气的输送作用影响到其他地区。因此CO2的污染源解析以及污染源的季节特征分析十分重要，评估和区分区域CO2的人为源、吸收汇可以为有效地污染减排和空气质量改善提供理论依据，同时可以帮助订正模式关于污染物浓度的模拟结果。此外，对大气CO2本底浓度的分析可以明确全球或者区域大气中主要温室气体浓度及其变化趋势，为应对气候变化提供科技支撑。

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我国在瓦里关全球基准站建成之后，上甸子、龙凤山及临安区域大气本底站观测又相继建成，但是本底观测站大多建立在岛屿、海岸和山区，对城市地区相关大气CO2的研究还很缺乏。城区大气CO2本底浓度的观测会受到台站周围人为活动和站点周围植被的影响，因此CO2监测和分析依然存在很大的挑战。

城市作为人类主要的生存聚居地和工业集中的生产场所，城市的气候和环境问题日益突出，城市是人为污染物排放源强度最大、最典型的地区。因此在城市地区进行温室气体的长期连续观测和分析，有利于进一步了解大气温室气体源汇的变化，认识人类活动在影响全球变暖过程中的作用，对控制温室气体排放有重要意义。