基于地基激光雷达的青藏高原CO2浓度廓线反演方法研究

High-precision CO2 concentration profile on the Qinghai-Tibet Plateau is of great significance for accurately obtaining atmospheric CO2 background and studying the global transport of anthropogenic CO2. It can provide scientific support for the government to formulate reasonable and effective development targets and emission reduction measures. Recently, the rapid development of CO2-DIAL provides a great opportunity to obtain the above data. However, due to the high altitude and special climatic environment of the Qinghai-Tibet plateau, there are still some bottlenecks such as poor signal quality and drastic boundary layer changes in the detection of CO2 profile concentration in the Qinghai-Tibet Plateau. In this project, the inversion of CO2 detection on the Qinghai-Tibet Plateau by CO2-DIAL is studied. We studies the establishment of atmospheric temperature and pressure model, error analysis and signal inversion, and finally develops a differential absorption inversion method for atmospheric CO2 concentration profiles in the plateau, to achieve the exact inversion of CO2 concentration profiles in the Qinghai-Tibet Plateau. This project will provide theoretical reserves for the detection of atmospheric CO2 concentration profile in the plateau and promote the application of ground-based CO2-DIAL, and provide technical support for the analysis of human activities on carbon cycle and the development of reasonable and effective emission reduction measures.

高精度的青藏高原CO2廓线浓度对准确获取大气CO2本底状况、研究人为CO2的全球输送具有重要意义，能够为政府制定合理有效的发展目标和减排措施提供科学支持。近年来，地基CO2探测差分吸收激光雷达技术（CO2-DIAL）的快速发展为实现这一目标提供了宝贵的机遇。但是，青藏高原海拔高、气候环境特殊，在青藏高原进行CO2廓线浓度探测仍存在信号质量差、边界层变化剧烈等瓶颈。本项目对地基CO2-DIAL系统进行青藏高原CO2探测的反演算法进行研究，从大气温压模型建立、CO2反演误差分析以及信号反演等方面展开工作，最终发展一种适用于高原环境下的大气CO2浓度廓线差分吸收反演方法，实现青藏高原地区大气CO2浓度廓线的高精度测量。本项目的研究将为高原环境下的大气CO2浓度廓线探测提供理论储备，推动地基CO2-DIAL技术的应用，并为分析人类活动对碳循环影响、制定合理有效的减排措施提供技术支撑。

稳定、连续、高精度的大气CO2本底浓度的测量对于研究因CO2浓度增加导致的气候变化和全球变化等科学问题，以及相关对策的制定有着十分重要的意义。青藏高原空气洁净，受工农业及人类活动影响较小，是建立陆地大气CO2本底站的理想地区。本项目从模型建立、误差分析、反演算法改进等方面进行了研究，最终发展了一种适用于高原环境下的大气CO2浓度廓线差分吸收反演方法，并结合已经研制成功的CO2-DIAL探测系统，实现了青藏高原地区大气CO2浓度廓线的高精度、高时空分辨率测量。首先，建立了青藏高原地区不同季节的温度、压力模型，获取了青藏高原高精度的温度、压力廓线；并进行了青藏高原地区CO2探测误差分析，获得了青藏高原大气CO2激光雷达探测的工作波长与权重函数，为CO2回波信号的准确获取提供理论参考；其次，发展了高精度、实时的青藏高原大气边界层高度探测方法及激光雷达数据处理算法，实现了连续、高质量的CO2-DIAL回波信号获取；最后，改进发展了一种多波长差分吸收反演方法，提高了青藏高原大气CO2反演精度，获取了青藏高原地区精确的大气CO2浓度廓线信息。本项目的成功实施有助于研究人为CO2的全球输送，深入分析人类活动对碳循环的影响，为碳排放监控和碳交易提供有力保障；并为青藏高原气象数据和资料库的建立提供一定数据储备，有助于青藏高原地区的生态经济可持续发展。