卫星观测的单角度偏振反射率敏感性分析

<正>大气中的二氧化碳(CO2)是受人类活动影响最多的温室气体,CO2浓度的增加被认为是全球变暖的主要原因.为了监测大气中CO2浓度的全球分布,分析全球CO2源汇特征,中国即将发射一颗碳卫星(TanSat),搭载的高光谱传感器用于监测CO2浓度.由于大气气溶胶对CO2浓度的反演具有显著的影响,TanSat另外搭载了用于反演大     

湿地植物植硅体的生物地球化学碳汇:以西溪湿地为例

IPCC曾指出大气中CO2浓度的持续升高,可能会给全球带来一系列危险的气候变化.寻找一种新的有效降低和缓解大气中CO2的方法,或许是人类目前最紧要的任务.植硅体态碳(phytolith-occluded-carbon),作为一种长期的生物地球化学碳汇机制,可能在全球碳循环和气候变化中扮演着重要的作用.草本植物占主导地位的湿地生态     

多源卫星大气CO_2产品内在一致性

<正>CO2引起的全球变暖问题引起社会各界的广泛关注.目前虽然有多颗卫星用于大气CO2浓度的反演(包括AIRS,GOSAT,SCIAMACHY,IASI及将于2014年7月发射的OCO-2),然而其都工作在光学波段(16μm),受云影响较大.对任何单一传感器而言受本身观测方式、云等影响,能获得的有效CO2数量非常有限,从而大大限制了全球碳源、碳汇以及碳同化等相关研究.为此,一方面如何发展一种     

基于大气CO_2浓度和生态碳通量模型的土壤碳库优化方法

在碳循环过程中,土壤有机碳库的大小和分布对于基于过程的生态系统模型至关重要.由于全球地表土壤有机碳含量直接观测数据分辨率极为稀疏,基于这些数据所得的区域土壤有机碳库分布存在极大的误差.大气二氧化碳(CO2)浓度和土壤有机碳库是生态碳循环的重要组成部分,利用CO2浓度和生态碳循环模型修正土壤有机碳库,是改进碳库估计的新途径.本文通过大气CO2传输模型和陆地生态碳通量模型,建立CO2浓度和土壤有机碳库之间的关系,获得了修正土壤有机碳库的方法.应用实例分析结果表明:该方法可以有效修正土壤有机碳库,明显改进陆地生态通量模型模拟效果.     

南海第四纪冰期旋回中的碳酸钙泵

碳酸钙的保存与溶解(即碳酸钙泵)通过其缓冲器效应控制着世界大洋的酸碱度, 进而可能对全球大气CO₂浓度的变化起着重要作用. 南海大洋钻探ODP 1143站2 Ma以来的碳酸钙分析, 提供探讨第四纪冰期旋回中碳酸钙泵作用的高分辨率记录. 统计研究结果表明, 南海第四纪冰期至间冰期过渡期, 碳酸钙堆积速率的最高值领先于δ ¹⁸O最轻值约3.6 ka; 而间冰期至冰期过渡期, 碳酸钙溶解程度最高值滞后于δ ¹⁸O最轻值约5.6 ka. 碳酸钙泵在冰期至间冰期过渡期向大气释放CO₂, 而在间冰期至冰期过渡期将大气CO ₂泵入深海. 碳酸钙泵的这种海水CO₃^2-浓度的调节功能, 直接控制全球大气CO₂的部分变化, 从而影响第四纪全球碳循环系统.     

全球变暖: 行动还是等待？

人类怎样应对大气CO₂浓度的持续升高, 仍有较大的分歧. 一部分人认为, 除非全球升温更趋显著, 否则各项耗资巨大的措施应推延执行; 而另一部分人则认为, 即便是马上采取措施, 大气中CO₂浓度也可能已达到无法接受的水平, 因而必须即刻采取各种措施. 我本人属于后者. CO₂的有些影响已经达到地球轨道周期性变化、海洋环流重新组合或太阳辐射变化所导致的效应. 这些效应用模型无法揭示出来, 而在古气候记录里被清楚地保存下来. 这使我觉得这些模型缺乏自然界客观存在的反馈和放大效应, 因而很可能低估了CO₂浓度升高的影响, 而不是高估. 世界能源消费将持续增长, 煤炭由于其廉价性和丰富的蕴藏将成为未来主要的能源. 我同时认为, CO₂的固定和储藏在阻止大气CO₂浓度的升高方面有关键作用. 所幸这些固定和储藏在技术和经济层面上都是可行的. 目前面临的一个重大问题是, 在CO₂浓度达到自然界无法承受的水平之前, 全球能否一起合作, 使减缓措施尽快付诸行动.     

大气反演模型模拟的CO_2浓度与GOSAT卫星观测值的对比

<正>大气CO2反演法是碳浓度/源汇估算的重要方法,其估算精度一直受观测数据的制约(如观测数据不足、分布不匀和观测方法不统一等),而CO2卫星观测数据的出现将改变反演模型的这一现状.本文将中国大气碳同化反演模型(Carbon Tracker-China,CAS)模拟的CO2浓度与GOSAT-ACOS3.3卫星观测值(version 3.3 Atmospheric CO2 Observations from Space retrievals of the Greenhouse Gases Observing SATel-lite,L2 data products)作对比,分析了观测与模拟浓度间的误差分布特征,     

山西黄土中主要温室气体组分特征

对晋北偏关至晋南稷山5个黄土剖面的大范围空间调查发现，黄土－古土壤序列中主要是温室气体CO2，CH4和N2O的学普遍高于它们的大气浓度，甚至可高达几倍或数十倍，黄土中CO2浓度在同一剖面的不同层位中没有规律性的变化，但空间上从北至南有逐渐升高的趋势，马兰黄土中CH4浓度不高，但该层之下的CH4浓度远高于大气中的水平，黄土中CO2和δ13C值范围大多在－11．14‰-15.48‰，（PDB）之间，CO2的碳同位素组成分析表明，黄土中CO2主要来源于稳定型有机质的微生物氧化分解，因与黄土中碳酸盐物质发生同位素交换，故其碳同位素组成偏重，由于黄土富含碳酸盐，因此它不仅是一个巨大的碳库而且其所含的碳酸盐在次生碳酸盐化作用中对大气CO2具有调节作用。     

应用双重优化方法估计碳通量

<正>贝叶斯综合反演方法(BSIM)利用先验CO2通量和大气CO2浓度观测数据估计碳通量分布,其结果在很大程度依赖于先验碳通量的偏差.实际应用中,通常用生态碳通量模型计算先验通量,可是不恰当的短期生态过程的模拟将引起先验通量的刻度误差,从而导致BSIM估计结果的偏差.我们提出了一种双重优化算法,     

通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性探讨

为了探讨利用树木年轮碳同位素比及其模型重建历史大气CO2浓度的可靠性, 对南亚热带条件下生长的几个主要树种的一些相关生理指标进行了测定. 结果发现叶片光合速率A和气孔导度g的比值A/g和细胞间CO2浓度Ci随环境和树种特性有较大的变化, 与前人对幼苗控制实验所取得的关于这两个值不变的结论不同, 从而对以Ci恒定为前提通过树木年轮δ13C重建大气CO2浓度的可靠性提出了怀疑. 根据目前对Ci等值变化机理的认识水平和大气CO2浓度变化幅度, 通过树木年轮δ13C的分析难以精确地重建区域性大气CO2浓度的变化.     

全球碳循环的模式研究与生物的调节

简要叙述了生物对全球环境的调节作用和全球生态状况的特点.对引起全球生态变化的紧迫问题作了讨论.详细分析了碳的全球循环.分析了海洋生物圈释放CO2的速率和遭破坏的陆地生物圈释放CO2的速率.由此提出了确保可持续发展的基本条件.     

从植物化石叶片中获取古大气CO2浓度的信息

近几十年来,由于全球变暖,人们越来越关注气候变化。科学研究显示,大气中不断上升的CO2浓度是导致变暖的主要因素,于是认识大气的CO2浓度变化已经成为了当今科学界的热点。古生物学家对植物化石叶片的研究被证明是了解地质历史时期古大气CO2浓度信息的重要途径。本文对这方面的研究状况做简略介绍。     

碳循环对气候变化历史责任归因的影响

全球碳循环是气候变化的根本问题,其长期演变决定了人类导致的气候变化的速度和程度,也决定了稳定大气CO2浓度的减缓政策的制定和减排技术的施行.本研究利用2个参与了第5次耦合模式比较计划的耦合了碳循环过程的地球系统模式CESM和BNU-ESM,模拟研究了工业革命以来碳循环对气候变化历史责任归因的影响.模拟结果表明,以大气CO2浓度的升高为衡量指标,相比通常研究中以累积排放量为指标,发达国家碳排放的历史责任减小了6%~10%,发展中国家增大了6%~10%.这是由于历史时期(1850~2005年)发达国家占主导的工业碳排放对这一时期海洋和陆地固碳量的增加贡献了61%~68%和61%~64%,而发展中国家贡献了32%~39%和36%~39%.因此发达国家排放情景下,相对较大的全球碳汇固碳量减小了发达国家碳排放的历史责任,但也由于海洋吸收了更多的碳,使得发达国家对全球海洋的酸化负主要责任(68%).而且发达国家的高排放降低了全球碳汇的固碳效率,可能影响未来长期的固碳量,加剧全球增暖的程度.因此未来在制定减排方案时,需要进一步考虑到碳循环过程对减排方案的响应和影响.     

地质作用与碳循环研究的回顾和展望

大气温室气体浓度升高与全球气候变化相互关系的探讨使地球系统的碳循环受到了越来越多的关注. 后者是指碳在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间, 以CO₃^2- (以CaCO₃, MgCO₃ 为主), HCO₃^-1, CO₂, CH₄, (CH₂O)_n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程. 它既可制约一系列资源环境问题, 如农林业和水泥生产、化石燃料的形成分布、大气CO₂ 浓度变化等, 也受制于一系列地质作用, 如风化作用、搬运沉积作用、地震火山作用等.掌握其运行规律和机制, 是可持续发展的重要科学支撑.     

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.     

大气CO_2两个重要的汇

碳酸盐岩的风化和水泥的碳酸盐化都将消耗大气中的CO2. 考虑到全球广泛分布着碳酸盐岩及水泥的大量使用, 这两个过程可成为大气CO2两个重要的汇. 基于大量的野外观测数据, 利用不同的方法评价后得出, 这两个汇的量级均在每年1亿吨碳左右.     

结合时间相关特征改进中国区域二氧化碳卫星观测数据的地统计分析

通过卫星从空间观测全球大气二氧化碳(CO2)浓度为全球碳循环研究提供了新的数据源.虽然卫星可以进行高密度点观测,但是由于云和卫星观测模式等影响,卫星观测点数据在空间上呈不规则分布且存在大量无观测值的空白区域.精确填补这些空白区     

一种由全球水循环产生的可能重要的CO2汇

关于全球CO₂汇的位置、大小、变化和机制目前仍不确定, 还存有争议. 在理论计算和野外观测数据证明的基础上发现, 可能存在一种由全球水循环产生的重要的CO₂汇(以溶解无机碳-DIC的形式). 这个汇达到0.8013 Pg C/a(约占人类活动排放CO₂总量的10.1%, 或占所谓的遗漏CO₂汇的28.6%), 它是由水对CO2的溶解吸收形成的, 并随着碳酸盐的溶解及水生植物光合作用对CO₂的消耗的增加而显著增加. 这部分汇中有0.5188 Pg C/a通过海上降水(0.2748 Pg C/a)和陆地河流(0.244 Pg C/a)进入海洋, 有0.158 Pg C/a再次释放进入大气, 还有0.1245 Pg C/a储存在陆地水生生态系统中. 因此, 净沉降是0.6433 Pg C/a. 随着全球变暖引起的全球水循环的加强、CO₂和大气圈中碳酸盐粉尘的增加, 还有造林地区的增多(会引起土壤CO₂的增加进而导致水中DIC浓度的增大), 这部分汇也可能增加.     

深部碳循环：来自火成碳酸岩的启示

全球碳循环研究对于理解现今及未来大气圈CO2浓度及其变化趋势至关重要。传统的碳循环研究多侧重于探讨碳元素在大气圈、水圈、生物圈等地球表层之间的循环过程,基本不讨论地球内部圈层碳元素地球化学的行为与循环,现在发现传统的研究方式已很难深刻认识大气圈CO2浓度变化的规律。探讨地球内部与表层碳元素双向交换过程的深部碳循环研究应运而生,成为当前全球碳循环研究的主要方向。火成碳酸岩主要由碳酸盐矿物所组成,是地球内部碳元素含量最高的岩石,因而成为深部碳循环研究的主要对象之一。当前的研究发现,相当一部分火成碳酸岩中的碳来自大气圈的CO2,是再循环的碳。地表附近消耗大气CO2所新生成的沉积碳酸盐岩借助板块深俯冲作用被带入地球内部,在（超）高温和含水条件下发生部分熔融作用,形成碳酸岩浆,后者再上侵形成火成碳酸岩,或者直接喷发至地表,碳元素又重返地球表层。因此,地球内部的构造运动主导碳元素在地球表层与内部的循环过程,进而控制大气圈CO2浓度长周期变化的趋势。     

技术进步对中国CO_2减排的影响

通过引进、消化、吸收、检验和验证国外比较成熟的一个动态的气候变化综合评估模式(RICE),在对其技术进步参数进行敏感性分析的基础上,结合我国节能减排的约束目标,设定了我国2000～2050年的技术进步方案,并开展了该系列方案下的气候经济学评估.结果表明,改进技术进步,可以使我国的CO2排放量减少,气候损失值减少,大气CO2浓度和大气温度的增加幅度降低,保护全球的气候安全.与缓慢的技术进步情景相比,如果我国在2010年的CO2排放强度比2005年降低20%,2050年的CO2排放量将控制在2000年的2倍左右,2000～2050年的累计CO2排放量将减少12.4GtC;2050年的大气CO2浓度和大气温度将分别下降35GtC和0.04℃;2000～2050年的累计气候损失值将减少46亿美元,所获得的收益仅占全球总收益的6%,而给发达国家带来的收益却是我国的10倍;合作政策和非合作政策下的CO2排放控制率分别降低了4.6%和1%,减轻了我国对CO2排放总量的控制力度,有利于我国参与国际合作减排.