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大气二氧化碳(CO2)是最重要的温室气体，我国目前是世界最大的人为碳排放国家，在日益严峻的气候变化影响下，面临巨大的减排压力。过去40年间，政府积极推动植被保护等生态政策，大幅提高了生态系统固碳能力，降低了净排放通量。准确的估算中国地区CO2通量的变化趋势有助于深入理解全球碳循环过程，从而为国家参与国际气候谈判提供数据支撑。本研究使用集合卡尔曼滤波同化方法，计算了2010-2016年中国地区的陆地CO2净通量和生态系统固碳量。
本研究在使用国际通用的NOAA ESRL Obspack数据集的基础上，增加日-俄联合高塔观测网数据、WDCGG香港HKG站点数据开展同化反演实验，新数据的加入可为地面观测站点分布稀疏的欧亚大陆提供更多的约束信息。研究发现包含新增观测数据的同化计算(R-2)结果降低了欧洲、欧亚大陆北部、欧亚大陆温带地区和中国的通量不确定度。综合2010-2016年，相比仅使用NOAA数据集进行同化反演(R-1)的对照实验，R-2结果增大了西伯利亚地区南部和中国北方的CO2净通量，减小了欧洲和中国南方地区的CO2净通量。根据23个TCCON(Total Carbon Column Observing Network)站观测数据的验证，两组地面反演后验浓度与所有TCCON站点的平均残差均约为-0.1ppm，并且在亚洲日韩地区、欧洲以及南半球，R-2同化反演结果更准确。
2010-2016年，增加观测资料前后的年均后验净通量结果分别为1.82±0.52PgC/yr和1.81±0.49PgC/yr、生态系统通量分别为-0.66±0.52PgC/yr和-0.67±0.49PgC/yr，其年均结果近似，但各年份通量和空间分布存在差异。R-2同化结果表明2010-2016年我国生态系统碳汇平均抵消了人为源碳排放的27％。选取东北、中部、华东、西南以及东南5个典型地区进行分析研究。结果表明:东北、东部和东南地区是我国最重要的净排放区，占全国净排放的94.4％。中部、东部、西南和东南集中了全国生态圈总吸收的78.8％。
中国以及周边NOAA观测站、日俄联合观测站以及中国气象局区域背景观测站对中国地区模式验证结果均表明R-2同化计算结果在中国以及周边地区更准确。从中国境内站点观测与后验浓度的全年残差分析来看，R-2结果低估了龙凤山、上甸子和临安站点附近的CO2年均净通量，高估了香格里拉和金沙站点附近的CO2年均净通量。由于香格里拉和金沙站点位于重要的森林区域，目前结果可能低估了对应区域的生态圈碳吸收。
进一步分析表明，我国存在较大的生态圈碳汇的主要原因是近年来森林资源的增长，促进了我国生态圈碳吸收的增加。卫星观测的土地覆盖数据以及国家林业局森林清查数据均表明了我国森林资源的明显增加趋势。生态相关遥感指数表明我国植被生态活动主要集中于西南、东南、中部和东北森林区域。根据国家林业局森林清查数据，由于近30年来森林的迅速增长，我国森林以有着更强碳吸收能力的中、幼龄林为主，占比65％，其中幼龄林占比33.06％。
卫星数据覆盖范围广，可为地面观测稀疏地区提供模式约束信息。本文使用GOSAT以及OCO-2大气CO2柱浓度产品数据进行同化反演。研究发现卫星观测有效提高了地面观测稀少的南美洲、非洲、澳洲以及赤道地区的通量不确定度下降率。以2015年为例分析，两组卫星反演结果在北半球较为一致，在南半球和热带地区差异较大。全球23个TCCON站点的评估实验表明。OCO-2资料同化结果反演实验在亚洲日韩地区、北美地区、南半球以及热带地区与TCCON的一致性较好，GOSAT在欧洲地区与TCCON的一致性较好。热带地区两组卫星同化反演结果均优于地面同化(R-2)反演结果，表明了卫星观测在地面观测数据较少地区的重要性。
中国地区，2010-2015年基于GOSAT观测资料计算的生态系统碳汇平均值为-0.83±0.48PgC/yr，2015-2016年基于OCO-2观测资料计算的生态系统碳汇的平均值为-0.88±0.43PgC/yr，两组卫星同化反演计算的生态圈碳汇均大于同时期地基观测资料同化计算的结果。两组卫星同化反演结果与地基观测资料同化反演结果季节变化规律一致，但基于卫星数据同化反演结果的季节变化振幅更大，在11月到第二年3月的碳排放与地基观测资料同化结果近似或更高，卫星反演得出更高的碳汇主要是由于在5-9月有更强的的碳吸收。三组反演实验的生态圈碳通量空间分布基本一致但数值上有差异。
以2015年为例，使用NOAA数据集站点和中国气象局数据对中国地区同化反演结果进行评估验证。结果表明卫星数据同化反演结果和R-2同化反演结果在中国以及附近区域相近甚至更准确。这表明对于地面观测站点较少，资料稀缺的中国地区，利用卫星数据进行同化反演计算碳通量可作为一种有效的补充计算手段。
本文进一步分析了2015年中国地区碳通量的异常情况。发现春季在降水变化不大的情况下，全国大部分地区尤其是东北地区，表现出了随温度升高，NDVI以及碳汇的增大。秋季，伴随着温度偏高和降水增加，相应地区则表现出了碳汇的减少。进一步分析发现，2001-2015年东北地区春季温度和NDVI呈正相关关系，2010-2015年，东北地区春季碳汇和NDVI呈显著的正相关。这些结论有助于预测分析在在未来气候变化情况下，我国生态圈碳汇的响应。
本研究在使用国际通用的NOAA ESRL Obspack数据集的基础上，增加日-俄联合高塔观测网数据、WDCGG香港HKG站点数据开展同化反演实验，新数据的加入可为地面观测站点分布稀疏的欧亚大陆提供更多的约束信息。研究发现包含新增观测数据的同化计算(R-2)结果降低了欧洲、欧亚大陆北部、欧亚大陆温带地区和中国的通量不确定度。综合2010-2016年，相比仅使用NOAA数据集进行同化反演(R-1)的对照实验，R-2结果增大了西伯利亚地区南部和中国北方的CO2净通量，减小了欧洲和中国南方地区的CO2净通量。根据23个TCCON(Total Carbon Column Observing Network)站观测数据的验证，两组地面反演后验浓度与所有TCCON站点的平均残差均约为-0.1ppm，并且在亚洲日韩地区、欧洲以及南半球，R-2同化反演结果更准确。
2010-2016年，增加观测资料前后的年均后验净通量结果分别为1.82±0.52PgC/yr和1.81±0.49PgC/yr、生态系统通量分别为-0.66±0.52PgC/yr和-0.67±0.49PgC/yr，其年均结果近似，但各年份通量和空间分布存在差异。R-2同化结果表明2010-2016年我国生态系统碳汇平均抵消了人为源碳排放的27％。选取东北、中部、华东、西南以及东南5个典型地区进行分析研究。结果表明:东北、东部和东南地区是我国最重要的净排放区，占全国净排放的94.4％。中部、东部、西南和东南集中了全国生态圈总吸收的78.8％。
中国以及周边NOAA观测站、日俄联合观测站以及中国气象局区域背景观测站对中国地区模式验证结果均表明R-2同化计算结果在中国以及周边地区更准确。从中国境内站点观测与后验浓度的全年残差分析来看，R-2结果低估了龙凤山、上甸子和临安站点附近的CO2年均净通量，高估了香格里拉和金沙站点附近的CO2年均净通量。由于香格里拉和金沙站点位于重要的森林区域，目前结果可能低估了对应区域的生态圈碳吸收。
进一步分析表明，我国存在较大的生态圈碳汇的主要原因是近年来森林资源的增长，促进了我国生态圈碳吸收的增加。卫星观测的土地覆盖数据以及国家林业局森林清查数据均表明了我国森林资源的明显增加趋势。生态相关遥感指数表明我国植被生态活动主要集中于西南、东南、中部和东北森林区域。根据国家林业局森林清查数据，由于近30年来森林的迅速增长，我国森林以有着更强碳吸收能力的中、幼龄林为主，占比65％，其中幼龄林占比33.06％。
卫星数据覆盖范围广，可为地面观测稀疏地区提供模式约束信息。本文使用GOSAT以及OCO-2大气CO2柱浓度产品数据进行同化反演。研究发现卫星观测有效提高了地面观测稀少的南美洲、非洲、澳洲以及赤道地区的通量不确定度下降率。以2015年为例分析，两组卫星反演结果在北半球较为一致，在南半球和热带地区差异较大。全球23个TCCON站点的评估实验表明。OCO-2资料同化结果反演实验在亚洲日韩地区、北美地区、南半球以及热带地区与TCCON的一致性较好，GOSAT在欧洲地区与TCCON的一致性较好。热带地区两组卫星同化反演结果均优于地面同化(R-2)反演结果，表明了卫星观测在地面观测数据较少地区的重要性。
中国地区，2010-2015年基于GOSAT观测资料计算的生态系统碳汇平均值为-0.83±0.48PgC/yr，2015-2016年基于OCO-2观测资料计算的生态系统碳汇的平均值为-0.88±0.43PgC/yr，两组卫星同化反演计算的生态圈碳汇均大于同时期地基观测资料同化计算的结果。两组卫星同化反演结果与地基观测资料同化反演结果季节变化规律一致，但基于卫星数据同化反演结果的季节变化振幅更大，在11月到第二年3月的碳排放与地基观测资料同化结果近似或更高，卫星反演得出更高的碳汇主要是由于在5-9月有更强的的碳吸收。三组反演实验的生态圈碳通量空间分布基本一致但数值上有差异。
以2015年为例，使用NOAA数据集站点和中国气象局数据对中国地区同化反演结果进行评估验证。结果表明卫星数据同化反演结果和R-2同化反演结果在中国以及附近区域相近甚至更准确。这表明对于地面观测站点较少，资料稀缺的中国地区，利用卫星数据进行同化反演计算碳通量可作为一种有效的补充计算手段。
本文进一步分析了2015年中国地区碳通量的异常情况。发现春季在降水变化不大的情况下，全国大部分地区尤其是东北地区，表现出了随温度升高，NDVI以及碳汇的增大。秋季，伴随着温度偏高和降水增加，相应地区则表现出了碳汇的减少。进一步分析发现，2001-2015年东北地区春季温度和NDVI呈正相关关系，2010-2015年，东北地区春季碳汇和NDVI呈显著的正相关。这些结论有助于预测分析在在未来气候变化情况下，我国生态圈碳汇的响应。