[发明专利]基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2

说明书

本发明提供一种基于OCO‑2数据和WRF‑STILT模型反演CO2背景场浓度的方法及系统，所述WRF‑STILT模型包括WRF模型和STILT模型，包括获取气象数据作为WRF模型的输入，WRF模型通过插值获得研究区附近高时空分辨率的气象场；将得到的气象场作为STILT模型的输入，根据OCO‑2过境点的时间和位置，基于STILT模型获得每个观测值对应的压力加权的足迹场；获取先验总碳通量，利用贝叶斯估计获得更优的后验总碳通量，根据后验总碳通量和足迹场获取模拟观测值，利用模拟观测值与实际观测值之差符合均值为0的正态分布的条件，反演出CO2背景场浓度。本发明可以根据OCO‑2观测值直接解出背景场浓度，精度高，消耗少，为进一步研究城市尺度碳循环等问题提供更精确的数据。

技术领域

本发明涉及大气技术领域，尤其涉及一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2 背景场浓度的方法及系统。

背景技术

以二氧化碳(CO₂)为主的温室气体被视为是对全球气候变化影响最大的气体，大多数气候学家认为，人类活动排放的二氧化碳导致了近200年间大气二氧化碳浓度急剧上升。随着全球工业化的进程不断加快，人为碳排放的不断增加给全球的气候、经济、生态等方面带来显著影响，受到世界各国政府、科研机构、社会公众的普遍重视，根据碳排放量的多少对国家、企业进行收税也将逐渐成为一种趋势。大气二氧化碳浓度变化可以反映地-气之间的 CO2交换过程，这些交换过程包括植被与大气之间的CO2交换，以及人为化石燃料燃烧的 CO2排放。城市作为主要的温室气体排放区域，虽然只占陆地面积的2％，却贡献了全球70％的人为CO2排放量，因此定量研究城市区域CO2源汇各分量，以及评估其对大气CO2浓度的影响至关重要。基于连续、高精度的大气CO2浓度数据和CO2背景场浓度，利用大气传输模型可以定量计算区域(10²:10⁶km²)及以上空间尺度的CO2通量。

针对城市区域CO2背景场浓度的选取，国内外已有了大量的研究成果，其中一部分研究采用目视解译法，选取城市周围“干净点”(远离碳源和碳汇的位置)，将该位置测得的浓度作为该范围内的CO2背景场浓度，这种方法效率较低，还有一部分研究采用高斯羽化模型进行正向模拟，通过拟合获得精准的背景场浓度，但劣势在于计算量极大。

发明内容

本发明根据现有技术的不足提供了一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的方案，可以快速计算出精度较高的CO2背景场浓度。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案为一种基于OCO-2数据和WRF-STILT模型反演CO2背景场浓度的方法，所述WRF-STILT模型包括WRF模型和STILT模型，包括以下步骤：

步骤1，获取气象数据作为WRF模型的输入，WRF模型通过插值获得研究区附近高时空分辨率的气象场；

步骤2，将步骤1中得到的气象场作为STILT模型的输入，根据OCO-2过境点的时间和位置，基于STILT模型获得每个观测值对应的压力加权的足迹场；

步骤3，获取先验总碳通量，利用贝叶斯估计获得更优的后验总碳通量，根据后验总碳通量和足迹场获取模拟观测值，利用模拟观测值与实际观测值之差符合均值为0的正态分布的条件，反演出CO2背景场浓度。

而且，步骤1中在运行WRF模型之前，进行三个预处理操作，包括对地表参数进行插值，从气象数据中提取所需要的气象参数，将气象参数插值到模拟区域。

而且，步骤2中生成压力加权的足迹场的实现方法为，

对于某一个OCO-2的观测值，在相应位置上方不同高度层计算对应的足迹，计算得到压力加权函数和平均核，

所述压力加权函数将不同高度的CO2干空气体积混合比转换为柱浓度，如下式，