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NASA 碳观测卫星 OCO-2 获得首批重要发现

编号:null        发布时间:2017-11-06 11:56:57

Carbon flux, temperature, and precipitation anomalies in 2015 relative to 2011.来源:SCIENCE2017年10月13日,《科学》(Science)发布特刊,通过封面文章及5篇研究论文介绍了美国国家航空航天局(NASA)发射的轨道碳观测卫星(OCO-2)获得的首批重要发现。本文简要整理了这些重要发现的主要内容,以供参考。

OCO-2是NASA于2014年7月发射的首颗用于观测大气中CO2的卫星,通过对大范围地理区域的大气CO2进行光谱观测,能够以前所未有的精度、分辨率和覆盖范围准确地表征全球CO2源和汇的季节性周期变化。美国加州理工学院、大学空间研究协会(Universities Space Research Association,USRA)和NASA等7个机构的研究人员在题为《区域二氧化碳通量的OCO-2早期科学研究》(The Orbiting Carbon Observatory-2 Early Science Investigations of Regional Carbon Dioxide Fluxes)的文章中总结了OCO-2卫星数据被用于空间观测CO2、植物光合作用、碳循环、厄尔尼诺对碳循环的影响等方面的研究。OCO-2卫星观测的重要研究包括以下3个主题:

(1)监测二氧化碳排放源美国加州理工学院、加利福尼亚大学、NASA和德国不来梅大学等机构的研究人员发表题为《空间探测当地碳排放源》(Spaceborne Detection of Localized Carbon Dioxide Sources)的文章指出,OCO-2卫星空间观测数据从数公里尺度上揭示了由人为和自然点源排放造成的大气中CO2的不同结构。对于人为排放源,美国洛杉矶地区的OCO-2剖面观测表明,CO2浓度增加的峰值出现在城市中心,然后从郊区到距中心100km的地区逐渐降低到农村背景值,季节变化范围为4.4~6.1 ppm。对于自然排放源,Yasur火山(位于瓦努阿图)的自然CO2羽流下风向的剖面观测表明,CO2浓度的增加为一条窄线(增加值为3.4 ppm),与每天排放41.6千吨CO2的点源一致。这表明OCO-2具有以其前所未有的分辨率和灵敏度监测自然和人为CO2当地排放源的潜力。

(2)观测与厄尔尼诺相关的陆地和海洋CO2浓度变化美国USRA、加州理工学院、国家海洋与大气管理局(NOAA)、国家大气研究中心(NCAR)和NASA等机构的研究人员发表题为《厄尔尼诺对热带太平洋大气中CO2的影响:从NASA OCO-2任务得到的发现》(Influence of El Niño on Atmospheric CO2 over the Tropical Pacific Ocean: Findings from NASA’s OCO-2 Mission)的文章,利用OCO-2的空间观测描绘热带大气中CO2浓度对2015-2016年强厄尔尼诺事件的响应。OCO-2观测证实,热带太平洋在2015-2016年厄尔尼诺早期阶段调节大气中CO2浓度的变化中发挥了重要作用。厄尔尼诺事件早期阶段(2015年3月-7月),热带太平洋大气中CO2浓度显著下降,减少的通量异常达到26%~54%。

美国加州理工学院、NCAR和加拿大多伦多大学等6个机构的研究人员在题为《热带陆地碳循环对2015-2016年厄尔尼诺的响应比较》(Contrasting Carbon Cycle Responses of the Tropical Continents to the 2015–2016 El Niño)的文章中指出,三大洲(南美洲、亚洲和非洲)的热带地区在气候驱动因素和碳循环方面对2015-2016年厄尔尼诺有不同的响应。虽然三大洲泛热带地区的陆地生物净碳通量异常的分布近似均匀,但影响其的主要过程不同:热带南美洲由于初级生产力减少了碳吸收量(0.9 GtC(十亿吨碳)),热带亚洲由于火灾增加了碳排放量(0.4 GtC),非洲由于植物呼吸作用增加了碳排放量(0.6 GtC)。2015年大部分碳释放的增加与降水减少或高温有关。

(3)揭示植物光合作用的太阳诱导荧光观测太阳诱导叶绿素荧光(Solar-induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)的空间监测是源自分子层面的综合光合信号,有助于陆地初级生产力(GPP)的监测。美国加州理工学院、德国马克斯-普朗克研究所(MPI)等11个机构的研究人员发表题为《OCO-2通过太阳诱导叶绿素荧光推动了光合作用的空间观测》(OCO-2 Advances Photosynthesis Observation from Space Via Solar-induced Chlorophyll Fluorescence)的文章指出,OCO-2代表了卫星遥感观测SIF的重大进步,高质量的SIF卫星观测对于研究陆地生态系统和碳循环至关重要。该研究利用叶绿素荧光成像光谱仪(CFIS)进行SIF的空中观测,并开展地面和空间观测的验证。结果表明OCO-2清晰地描绘了SIF的景观梯度,并与不同的植被类型相对应,这是以前的卫星任务不具备的能力。经验正交函数(EOF)分析显示,OCO-2观测的SIF与GPP之间存在一致的时空对应关系。在覆盖不同生物群落的涡流通量站点也得到了SIF-GPP的线性关系,这为今后更多生物群落中SIF-GPP关系的鲁棒性研究奠定了基础。

参考文献:

[1]      Measuring Earth's carbon cycle. http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/186.full.pdf

[2]      Contrasting Carbon Cycle Responses of the Tropical Continents to the 2015–2016 El Niño. http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/eaam5690.full.pdf

[3]      The Orbiting Carbon Observatory-2 Early Science Investigations of Regional Carbon Dioxide Fluxes. http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/eaam5745.full.pdf

[4]      OCO-2 Advances Photosynthesis Observation from Space Via Solar-induced Chlorophyll Fluorescence. http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/eaam5747.full.pdf

[5]      Influence of El Niño on Atmospheric CO2 over the Tropical Pacific Ocean: Findings from NASA’s OCO-2 Mission.http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/eaam5776.full.pdf

[6]      Spaceborne Detection of Localized Carbon Dioxide Sources. http://science.sciencemag.org/content/sci/358/6360/eaam5782.full.pdf


编译者:刘燕飞

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