新型冠状病毒肺炎疫情对中国2020年碳排放的影响

中国的二氧化碳减排工作一直承受着国际社会的压力.新型冠状病毒肺炎疫情(COVID-19,简称"新冠疫情")对全球碳排放产生了显著影响.准确估算新冠疫情对中国二氧化碳排放量及其排放趋势的影响,对评估中国对全球变化的贡献有重要意义.本研究系统构建了基于活动数据的中国省级日碳排放数据库,对涵盖了化石燃料燃烧和水泥生产造成的所有人为源二氧化碳排放进行定量化的动态评估.本研究发现中国各省的碳排放在新冠疫情期间受到不同程度的影响.江苏、湖北和浙江三省的碳排放受疫情影响最严重,其碳排放减少量分别占总排放减少量的19.4%、17.0%和12.5%.青海省和西藏自治区受疫情的影响最小.从排放部门方面看,电力部门是多数省份减排量的主要贡献源,对于湖北、重庆、青海和福建等省份,工业部门是碳减排的主要贡献源.对于北京、天津这样的大城市以及四川和黑龙江两省,新冠疫情对交通部门的减排作用最显著.从疫情对碳排放的时间影响看,江苏省的碳排放在2020年1和2月份下降最多, 3月份之后,湖北省的碳排放减少量最为突出.而宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、福建省、陕西省和云南省受疫情影响较小的地区3月份的碳排放已经率先恢复到2019年同期水平.进入4月份,除湖北省的碳排放相比2019年同期下降4.9 Mt二氧化碳外,其他省份均接近或已经恢复到2019年同期水平.     

年际和年代际冷暖变化是人类活动碳排放量增减的诱因

工业化以来的近百年全球平均气温、大气CO2浓度和欧美发达国家(美国、英国、法国和德国)化石燃烧年和月的碳排放量等数据用于分析它们之间在年际和年代际时间尺度上的变化关系.在年际尺度上,美国冬季气温偏低(高)年的碳排放量显著增加(减少);夏季与之相反,化石燃烧的碳排放量与气温存在显著的正相关.在年代际尺度上,美国和全球的气...     

工业革命以来人类活动对北京地区温度变化的可能影响

自工业革命以来, 全球温度总体呈上升趋势. 在这个过程中人类活动和自然因素均起到作用, 但各自的可能贡献量及温度变化的区域差异等问题仍有待进一步深入研究. 基于北京石花洞石笋重建的过去2650年5~8月平均温度的时间序列, 用奇异谱方法(SSA)探讨工业革命以来人类活动对北京地区5~8月温度变化的可能影响. 分析结果显示, 在自然因素驱动下, 150年来北京5~8月温度应为总体降低趋势, 估计1870~2000 AD期间的线性降幅为(0.45 ± 0.84)℃, 石笋和器测记录显示的实际线性增长幅度约为1.08℃. 结果同时显示, 从约1870 AD起, 人类活动开始对北京地区温度产生较明显的影响, 并在1915 AD前后进一步加强. 估计到2000 AD, 人类活动导致北京地区的暖季温度比应有的自然变化趋势高出约(1.53 ± 0.84)℃.     

全球变化研究十年新进展

在简述国际全球变化研究计划体系的基础上,从全球气候变化研究、全球生态系统变化（地图和生物圈变化）研究、全球变化对人类的影响研究、人类减缓全球变化的策略研究等４个方面概括总结了国际全球变化研究的若干重要进展,并涉及到了我国在有关领域的研究情况,最后特别指出了全球变化科学是可持续发展的科学依据,全球变化科学研究在人类的发展观从工业文明的发展观向生态文明的发展观的转变中、在环境安全保护与环境外交中都具有     

全球变化和人类可持续发展:挑战与对策

过去20多年来,国际科学界对全球变化研究不断深化,逐步形成了人类活动产生的碳排放是全球变暖的重要驱动力、全球变化影响人类经济社会可持续发展等共识.为应对全球变化挑战,"共同但有区别的责任"等原则要求发达国家实行强制减排和发展中国家采取自主减缓行动,目标是在21世纪末将由人类活动引起的地表增温控制到不超过工业化前2℃.但是,处理全球变化与可持续发展的关系必须坚持哪些原则,重点开展何种研究,采取什么政策保障还没有明晰的思路.本文提出立足国际和区域平衡发展,依靠科技进步制定全球变化应对对策;必须在人与自然和谐,同时人类社会自身和谐前提下妥善处理应对全球变化与可持续发展之间的关系;坚持减排与增汇并举,减缓与适应并重等原则;加强科学研究,减少全球变化认识的不确定性.应对全球变化挑战实质上为人类发展创造了新机遇,为促进人类能源结构转变、改善和恢复地球生态环境、促进人类生产和生活方式改变、国际与区域间人类社会和谐发展提供了条件.     

基于CMIP5多模式结果评估人类活动对全球典型干旱半干旱区气候变化的影响

基于CMIP5多模式的历史试验(考虑所有驱动因子)以及单因子强迫气候归因试验结果,评估了温室气体、气溶胶、土地利用及所有人类活动对全球典型干旱半干旱区气候变化的影响.结果表明,所有人类活动和温室气体强迫会引起全球陆地显著增温,特别是由温室气体强迫引起的北半球中高纬地区近60年的增温幅度几乎是历史变化的2~3倍,气溶胶的降温效应则对近60年来的全球变暖具有明显的抑制作用,土地利用在大多数干旱半干旱区具有微弱的降温作用.所有人类活动和温室气体强迫会使大多数陆地及干旱半干旱区的降水增加,而气溶胶和土地利用的影响则存在明显的区域差异和不确定性.近60年,中国北方干旱半干旱区的气温和降水变化受人类活动的影响最为显著.基于集合经验模态分解(EEMD)的结果,大多数地区气温和降水的年代际和多年代际变化特征均是所有人类活动综合作用"同步叠加"在自然变化之上的一种结果;其中,气溶胶在大多数地区显著促进温度的多年代际变化,土地利用在澳大利亚地区则起到明显的抑制作用;对降水的多年代际变化而言,气溶胶的贡献相对比较突出,而温室气体和土地利用对全球降水的多年代尺度特征有明显的促进作用.     

一个1/10°涡分辨准全球海洋环流模式及其初步分析

在中国科学院大气物理研究所气候系统海洋环流模式最新版本(LICOM2.0)基础上,将模式水平分辨率提高到均匀的1/10°,垂直分辨率增加到55层,建立了一个不含北冰洋区域的准全球涡分辨(eddy-resolving)海洋环流模式.利用再分析和观测的海表强迫将该模式积分了20年,其中最后8年使用2000~2007年QuikSCAT卫星反演的风应力和再分析热通量强迫.本文利用最后8年模式输出结果,初步评估了该模式对海洋环流的基本模拟能力.相对于低分辨率的海洋环流模式,发现涡分辨率海洋模式不仅可以更好地模拟海洋中尺度涡旋的时间和空间特征,而且还能较好地模拟出西边界流的路径和位置,特别是能够重现黑潮大弯曲现象及其年际变化.另一方面,当模式的水平和垂直分辨率提高之后,模式也能够更好地模拟赤道太平洋环流和中国近海环流的复杂结构.     

人类活动的孢粉指示体

过去人类活动的特征及其环境效应是全球变化研究的热点问题. 孢粉记录作为揭示过去人类活动对景观影响的代用指标, 有几个重要的特征: (1) 某些特有乔木花粉的减少; (2) 先锋树种花粉的繁盛; (3) 栽培作物和杂草花粉相伴生; (4) 花粉浓度和分异度的显著变化; (5) 喜氮植物和牧场杂草花粉的出现. 伴人植物(杂草和栽培作物)花粉是理想的人类活动指示体, 尤其是杂草花粉, 它反映了人类活动历史. 不同方式的人类活动产生不同的孢粉组合. 在森林区和草原区, 指示人类活动的花粉谱模式是不同的. 应用孢粉变化特征来研究人类活动时, 特别要强调高精度的时空分辨率. 因为高精度的空间分辨率不仅有助于反映植被景观的复杂性, 更重要的是能够清楚地揭示出人类活动对景观的干扰作用, 防止片面性; 高精度的时间分辨率能够精确地记录短时间尺度的植被变化, 避免遗漏人类活动事件. 重视孢粉学与其他多种指标的结合, 能更加准确地揭示景观的发展变化过程. 炭屑作为人类活动对植被扰动的代用指标, 其峰值的出现常伴随着乔木花粉的大量减少和伴人植物花粉的显著增加.     

太阳活动与地球表面温度变化的周期性和相关性

基于太阳黑子历史数据、太阳总辐照(TSI)重构数据和实测地球表面平均温度数据(全球、陆地、海洋),利用小波分析和交叉相关分析等方法,考察了太阳活动和地表温度变化在数百年时间尺度上的周期性及相关性.主要结果有:(1)在所考察的时间范围内,太阳活动(包括黑子和太阳总辐照)存在4个置信度高于95%(白噪声)的主周期变化,分别为11 a周期、50 a周期、世纪周期和双世纪周期,全球温度存在64.3 a的主周期变化,接近太阳活动的50 a周期;(2)太阳活动与全球温度变化具有22,50 a的显著共振周期;(3)太阳活动与地表温度长期变化的相关性高于其短期变化的相关性,以黑子为例,它与地表温度年均值的相关系数为0.31~0.35,11 a滑动平均值相关系数为0.58~0.70,22 a滑动平均值相关系数为0.64~0.78,太阳总辐照与地表温度的相关性高于黑子与地表温度的相关性;(4)太阳活动在近100年里有明显增强,它与全球温度(包括陆地、海洋)近100年的升温是一致的,太阳活动与海洋温度的相关性略高于太阳活动与陆地温度的相关性.这些结果表明,太阳活动在百年时间尺度上对于地表温度的变化具有不可忽略的影响.     

第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.     

全球变暖将延缓十年？

德国正在尝试首个十年气候预报计划：在未来十年或更长的时间里，尽管人类活动造成的影响清晰可见，但这其中也有自然界自身变化的痕迹，全球变暖因此将会减缓它的步伐——     

联合多种测高数据确定全球平均海面WHU2000

制定了比较全面的测高数据编辑准则,改善了地球物理改正模型的精度;系统地统一了不同测高数据的基准;研究并实现了多种测高数据区域联合交叉点平差方法,从而提高了Geosat,ERS-1和ERS-2的径向轨道精度;完善了由多种测高数据确定全球平均海面（MSS）的理论与方法;并利用7年的Topex/Posidon（11cycle～249cycle）数据、全部的ERS-1/168数据、52个周期的ERS-2（1cycle～52cycle）数据、44个周期的Geosat/ERM（1cycle～44cycle）数据确定了全球平均海面WHU2000,其格网分辨率为2’×2’,范围为纬度±82°之间,整体精度优于0.05m.将WHU2000MSS与格网分辨率为3.75’×3.75’的CLS_SHOM98.2MSS,3’×3’的GFZMSS95A和3.75’×3.75’的OSU MSS95等全球平均海面进行了比较,所得差值的标准差（STD）分别是0.090,0.237和0.079m.     

青藏高原生态变化

青藏高原是全球平均海拔最高的自然地理单元.近几十年乃至上百年来,在气候变化和人类活动双重影响下,青藏高原生态系统的结构和功能以及重要物种的种群数量和结构均发生了深刻的变化.近几十年的研究表明:青藏高原植被返青期提前,生长期延长,覆盖度和生产力增加,碳汇功能增强,青藏高原植被总体趋于向好,局部变差.气候变化是高原生态系统变化的主控因子,气候变暖对青藏高原生态系统的影响是正面的,但这种影响仍存在时间和空间上的不平衡性,尤其是降水在时间和空间上的变化对干旱和半干旱地区植被产生较大影响,在干旱的年份叠加人类放牧活动等会导致这些区域,尤其是青藏高原西部地区植被产生严重的退化,但随着青藏高原生态安全屏障保护与建设工程的实施,高原生态系统退化的态势得到了进一步遏制,人类对高原特有珍稀植物资源,如虫草、雪莲和胡黄连的过度采收以及对野牦牛、藏羚羊和藏野驴的盗猎等现象得到近一步缓解,近期高原的野牦牛、藏羚羊和藏野驴的种群数量得到恢复.青藏高原的隆起不仅对本区而且对其毗邻地区的气候与环境都产生着深刻的影响,其生态系统对全球变化的响应与影响研究具有特殊重要的地位,今后迫切需要加强生态系统结构和功能变化的地面监测和遥感技术的应用,加大大型生态保护工程建设的实施力度,整体提高高原地区应对全球变化的能力.     

极地大气科学考察与全球变化

南极和北极是地球上的气候敏感地区,也是多个国际计划研究全球气候变化的关键地区.极地包含了大气、海洋、陆地、冰雪和生物等多圈层相互作用的全部过程,在全球气候的形成和变化中有重要的作用.极地大气科学考察与研究是极地科学研究的重要组成部分.到2008年初,我国自主组织了24次南极考察,2次北冰洋考察和4次北极站考察;建成了南极长城站、中山站和北极黄河站,并在南极冰盖设置了5个无人自动气象站;开展了有关极地大气科学与全球变化的研究.在南北极地区.进一步加强国际合作,继续监测包括近地面温度在内的大气要素的变化,提高极地气象业务水平;拓展极地气象业务和大气科学考察研究领域,积极获取气候代用资料;进一步量化和认识极地在全球变化中的作用,及其对我国天气气候和国民经济可持续发展的影响;建立完善极地大气科学研究体系,提高极地大气科学研究水平,仍是我国极地大气科学与全球变化研究的重要内容之一.     

GPU-CA模型及大尺度土地利用变化模拟

在全球变化研究中,对省和国家尺度的土地利用变化过程进行模拟具有重要的意义.但大尺度的土地利用变化模拟存在数据量大、计算复杂、计算时间长等难点,由于计算能力和传统基于CPU计算模式的制约,在普通计算机中难以执行这样的模拟.把最新发展的GPU高性能计算技术与元胞自动机(CA)模型相结合,提出了GPU-CA大尺度土地利用变化模拟模型,并将其应用到省级尺度的土地利用变化模拟中.介绍了模型的问题映射、需解决的关键技术问题和计算的流程,并分析了GPU-CA模型在计算性能上的优势.通过全广东省的土地利用变化模拟,对GPU-CA模型进行了验证.实验表明,GPU-CA模型可以将原有一般CA模型的运行效率提高30倍以上,能够有效地应用于省和国家级的土地利用变化模拟,为全球变化模型提供重要的地表景观变化信息.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

古新世-始新世极热事件碳循环研究进展

发生在古新世-始新世界线附近（～56 Ma）、由巨量轻碳注入到海气系统引发的一次快速增温事件被称为古新世-始新世极热事件（PETM）.该事件发生期间的碳释放过程与当前人类燃烧化石燃料向大气中排放CO₂非常相似,因此对该事件的深入分析可为理解碳排放与气候变化的关系提供地质参考,同时有助于定量评估自然背景下生态系统、海洋和岩石圈的固碳潜力和速率.根据最新研究成果,对该事件的碳循环过程进行系统总结和分析,得到三点初步认识:（1） PETM时期巨量轻碳的释放是响应于事件前期增温的一个正反馈过程,说明巨量碳的来源可能是大陆坡水合物分解或高纬冻土消融;（2） PETM时期碳释放的平均速率要比现今人类活动的碳排放速率低一个数量级,暗示人类活动可能触发地球表层系统的正反馈过程,加剧全球变暖;（3） CO₂的施肥效应和海洋“生物泵”效率的提高加快事件的回返.     

入侵生态学最新研究动态

生物入侵是生态学研究的热点问题.近年来,诸多研究在入侵机理及入侵后效等方面取得一系列进展.在全球变化背景下,外来生物凸显出形式更为多样的入侵过程并为入侵生态学带来新的挑战.本文紧扣生物入侵的发生机理、途径及其生态学后效等关键问题,从入侵机制、生物入侵对生态系统及人类健康的影响、全球变化下的入侵响应等方面介绍了入侵生态学近期取得的最新进展;指出在入侵生态学未来的研究中,生物入侵与人类健康、全球变化下的入侵态势、水域生态系统中的外来生物入侵等问题将会引起更大重视.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.