中国陆地生态系统碳收支

中国是全球CO2排放总量最大的国家之一,因此中国陆地生态系统的碳收支平衡受到科学界和国际社会的普遍关注。本项研究利用3种相互独立的方法,即地面清查结合遥感数据、生物地球化学模型和大气反演模型,定量描述了中国的碳收支及其变化机理。上述3种方法得出的结果十分相近,对中国碳汇大小的估计在0.19—0.24PgC/yr之间。这表明中国的陆地生态系统在20世纪80—90年代吸收了我国同期化石燃料碳排放的28%—37%。同时,中国陆地生态系统碳汇的空间分布并不均匀,主要位于中国南部。研究显示,我国人工林的增加、区域气候变化以及植被恢复尤其是灌丛的恢复是我国陆地生态系统碳储量增加的主要原因。     

经济增长与碳循环失衡——来自地理学的思索

本文借助一个简单的“池塘模型”简要描述了地球系统碳循环的基本框架，并借助地理学的地带性理论说明了全球碳失衡进而导致的全球变暖给人类社会持续发展留下的潜在危机。工业化过程导致大气CO2浓度的持续升高，是目前地球气候系统失调的最主要原因。在新的免碳能源还没有出现之前，减少区域CO2的排放、寻找更多的区域CO2归宿，对于中国在国际碳外交谈判中拥有更多的主动权具有重大意义。华南湿热地区硅酸盐岩和碳酸盐岩的化学风化过程具有明显的碳汇效应，而这种碳汇在全球范围内具有鲜明的地理独特性，且是一个最基本的“本底”碳汇，应给予充分重视。     

中国陆地碳收支评估的生态系统碳通量联网观测与模型模拟系统

1 立项背景 减缓和适应气候变化是人类社会面临的重大挑战.陆地生态系统碳通量及其过程观测研究是陆地生态系统碳收支定量评估和有效碳管理的科学基础.针对我国区域陆地生态系统碳收支评估和气候变化研究的重大需求,解决碳通量观测技术和区域碳评估方法的系列技术难题,在中国科学院重大项目"中国陆地和近海生态系统碳收支"、国家973计划课题"典型陆地生态系统碳通量/储量的对比研究"、国家自然科学基金重大项目"我国陆地生态系统对全球变化的响应与适应性样带研究"、国家自然科学基金对外合作与交流项目"基于通量观测网络的生态系统碳循环过程与模型综合研究"等的支持下,在国内率先创建了服务区域碳收支评估的陆地生态系统碳通量联网观测与模型模拟系统.     

《京都议定书》生效后我国耕地土壤碳循环研究若干问题

地球系统碳循环与全球变化研究的一个重要任务是阐明陆地生态系统的碳汇演变及其对日益升高的大气CO2 的收集与固定能力以及未来趋势。土壤有机碳是地球陆地生态系统最重要和活跃的碳库,同时又是土壤肥力和基础地力的最重要的物质基础,它影响着耕地生产力及其稳定性。随着《京都议定书》的生效,农业土壤碳循环及固碳潜力的研究将越来越成为国际全球变化研究中的主流趋势,国际科学界十分关注人为利用管理下土壤固碳潜力的变化。配合土壤固碳机理及其影响因素的研究,分析与预测未来通过改变管理政策与农业技术途径而可能达到的固碳能力成为今后研究的发展方向。我国农业面临着稳定耕地生产能力和补偿工业温室气体减排的压力和挑战,但我国耕地地力不稳、有机碳水平较低的现状又为实行固碳农业带来了机遇。我国所处的自然环境和社会经济背景条件的特殊性决定了我国耕地农业利用与土壤碳循环的特殊性,而这种特殊性对耕地土壤固碳潜力及其过程的影响是国际陆地生态系统碳循环研究中没有解决而又只能由我国自己来解决的重大科学理论问题。当前,我国急迫需要启动对耕地土壤碳循环与固碳潜力及其调控途径的重大基础研究,摸清国家尺度耕地土壤的固碳能力,认识耕地固碳与生产力保持的耦合机制,明确耕地土壤固碳与稳     

森林生态系统碳收支及其影响机制

森林在区域和全球碳循环中起着关键作用,研究森林碳循环各分量的变化对估算区域碳收支和制定应对气候变化的森林管理政策有重要意义。本文从中国、东亚区域及全球尺度就森林碳源汇特征及其机制的最新研究进展进行评述。近30年来我国森林生物量碳汇1896Tg C(Tg C=1012g C),年均增加70.2Tg C/yr。最近10年,森林碳循环的所有组分(生物量碳、凋落物碳、木质残体及土壤有机碳)均表现为明显的碳汇,年总碳汇186.7Tg C/yr。在东亚区域尺度,对1970s—2000s森林林分的碳储量及其碳源汇变化的研究表明,东亚森林整体为显著的碳汇,但朝鲜和蒙古国为碳源;东亚地区的碳汇主要来自中国,其次是日本。中国森林碳汇增加主要源自人工林面积增加的贡献,而日本和韩国则主要来自于森林的再生长。在全球尺度,对不同气候带森林生态系统碳收支全组分碳储量及其变化的分析揭示,全球森林是一个显著的碳汇。在过去的近20年里,全球森林每年固定约4.0Pg C,相当于抵消了同期化石燃料碳排放的一半。     

全球变化对生态系统服务的影响

全球变化通过改变生态系统结构和功能,显著影响了全球生态系统服务的提供,严重威胁了人类的生存环境及社会经济的可持续发展。在综述全球变化对生态系统服务研究的基础上,研究以"压力—状态—响应"框架为主线,主要内容包括:(1)通过对过去30年全球变化背景下主要生态系统的变化及驱动机制分析,揭示全球气候变化对生态系统的影响与作用机理;(2)发展和完善多因子、多元素耦合的生态系统机理模型和全球尺度的生态系统服务评估方法,揭示气候变化对生态系统生产力与碳固持、水源涵养、土壤保持等生态系统主要调节服务的影响机制和效应;(3)在此基础上综合分析全球变化背景下的环境要素特征与生态系统功能和服务,形成面向全球变化的生态功能区划方案,并根据未来气候变化情景下的生态系统服务提供能力,提出适应性管理对策。研究结果对于我国减缓和适应全球气候变化以及提高国际学术影响力具有重要意义。     

海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应研究进展

海洋储碳机制及其对全球变化的响应是当前全球变化研究领域的重大科学问题,也是薄弱环节和难点所在,如何阐明典型海洋生态系统固碳过程和储碳机制,评估全球变化的影响,并进一步探寻古海洋沉积记录及其与现代过程的关联,建立海洋典型生态系统沉积碳库变动与全球变化联系仍是当前全球变化研究的核心问题。针对这一重要科学问题,国家重点研发计划"全球变化及应对"重点专项"海洋生态系统储碳过程的多尺度调控及其对全球变化的响应"项目,围绕核心主题"固碳过程-储碳机制-酸化影响-碳库变动"开展了系统的研究。近两三年来研究工作取得若干显著进展,较系统地阐明了西太平洋中低纬度边缘海浮游植物群落的时空格局、多样性特征与演变机制,深入揭示了海洋酸化抑制固氮束毛藻固氮和生长及其机理,揭示了南海珊瑚钙化对气候变化和海洋酸化的响应,为进一步深入阐明海洋生态系统储碳的调控机制及其对全球变化的响应这一科学问题奠定了良好的基础。     

陆地生态系统对气候变化的脆弱性评价与适应性管理

气候变化导致的生态系统脆弱性正在不断加剧,针对气候变化采取稳健的适应政策已经成为全球共识。本文重点探讨了气候变化背景下陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理的国内外研究现状,指出了当前脆弱性评价与适应性管理面临的主要难点,介绍了中国在陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理方面取得的最新研究进展。在此基础上,提出了未来迫切需要开展的研究任务:不同气候变化区域、不同时空尺度陆地生态系统脆弱性临界点及其调控过程,陆地生态系统脆弱性评价与适应性管理的定向调控,重大气象灾害的陆地生态系统风险评估与应对技术,适应气候变化的可持续生态系统区划与技术示范。     

全球变暖与中国能源发展

近百年间全球变暖趋势非常明显 ,对社会环境造成了很大影响。二氧化碳浓度与全球变暖有着密切关系 ,而矿物能源燃烧是人类活动中二氧化碳中排放的主要来源。为了改善全球气候环境 ,国际社会对二氧化碳减排的呼声很高。我国虽然没有承担二氧化碳国际减排任务 ,但是也需要有应对全球气候变化的长远战略。要降低二氧化碳的排放 ,应该提高国家总体能源效率 ,以低碳排放的能源去替代高碳排放的能源 ,最终建立我国的非碳能源体系。     

实现碳中和根本意义在哪里

随着人类活动对全球气候的影响,气候危机的影响范围越来越大,越来越严重,几近无处不在.由于全球变暖,我们正在经历热浪、洪水、干旱、森林火灾和海平面上升等一系列灾害性天气气候事件.全球平均气温正以前所未有的速度上升,全球变暖水平保持在相比工业化前不超过1.5℃的可能性迅速降低,人类跨越不可逆转的翻转点的风险也在增加. 2020年9月,中国向世界宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标.这不仅是我国积极应对气候变化的国策,也是基于科学论证的国家战略:既是从现实出发的行动目标,也是高瞻远瞩的长期发展战略.     

森林结构和功能性状精准监测及其对全球变化的响应机制研究

我国森林生态系统正面临着全球气候变化和人类活动等多重威胁,其结构与功能性状是反映森林生态系统碳固存等功能与状况的关键要素。受观测手段的限制,森林结构和功能性状调控森林生态系统碳循环过程对全球变化的响应与适应机制仍不清晰,影响全球变化下我国森林生态系统固碳能力预测的精度。针对上述科学问题,通过遥感观测系统研发、野外联网观测、数据采集分析、模型构建与情景模拟,在建立森林结构和功能性状数据集、解析其耦合机制对森林生产力调控作用的基础上,优化生态系统模型、预测未来气候变化情境下我国典型森林生态系统的固碳能力。研究结果既能够为我国森林生态系统联网监测与研究提供技术支撑,也能够为制定固碳减排政策提供科学依据。     

高影响海-气环境事件预报模式的高分辨率海洋资料同化系统研发

由于国家安全与社会经济可持续发展的迫切需求,MJO、ENSO、IOD和PDO等高影响海-气环境事件的预测一直是一个重要的研究领域。多尺度、多过程的复杂性使这些海气环境事件的预测至今仍然是气候科学最具挑战性的问题之一。由于海洋成分的长期记忆能力,耦合模式海洋成分的预报初始化对它们的预报有非常重要的作用。然而,国内现有的气候预测系统缺乏耦合模式框架下先进的海洋资料同化系统,同化的海洋资料种类也亟待增加。而针对MJO等季节内尺度和PDO等年代际尺度气候变率,现有气候预测系统的研究水平和业务能力更处于薄弱或空白状态,滞后于国际发展水平。针对全球变化的背景,需着重开展耦合模式的海洋资料同化研究,发展全球耦合模式的海洋资料同化系统,从而提高气候预测能力,增强我国气候防灾减灾的手段,提升我国全球变化研究的竞争力和国际地位。基于我国自主研发的海气耦合模式,项目将开展全球和区域多源海洋观测资料同化技术研究,突破耦合资料同化中海洋和大气之间的动力、热力平衡的关键技术问题,发展耦合模式框架下的参数估计和约束系统,研制具有业务化前景的高分辨率海洋模式的耦合同化系统,并开展MJO、IOD、ENSO和PDO等高影响海-气环境事件的综合评估和预测示范应用。     

CO_2地质封存与利用技术研究进展

碳捕集、利用和封存(carbon capture,utilization and storage, CCUS)技术是煤炭实现低碳排放的主要途径,但目前CO_2捕集能耗与成本过高、地质利用途径有限、封存长期安全性不确定以及缺乏CCUS全链集成方法等技术瓶颈严重阻碍了CCUS技术的发展与推广应用。针对上述瓶颈问题,在2016年首批立项的国家重点研发计划项目中,"CO_2低能耗捕集与地质封存利用的关键基础科学问题研究"项目以低能耗CO_2源头捕集技术、CO_2增采非常规油/气/热技术和安全地质封存构成的新一代CCUS技术为目标,致力于破解加压富氧燃烧中反应与能量传递不协调、化学链燃烧与煤分级气化中燃料化学能释放与碳组分调控难耦合、CO_2非常规油/气/热增产和封存机理不清、CO_2对封存构造的长期影响规律不明确等关键基础科学问题。本文简要介绍了在该重点研发计划项目支持下,本研究团队在CO_2地质封存、CO_2非常规油/气/热增产机理和规律方面的研究进展,以期提出CO_2地质封存长期安全性评价和CO_2驱致密油、页岩气和开采深层地热的有效方法。     

全球甲烷水平飙至历史新高

正过去20年,全球甲烷排放量增加了近10%,这种强大的温室气体在大气中的浓度达到了创纪录的高水平。追踪温室气体变化的全球碳项目科学家称,2017年是有全面数据可查的最近一年,全球年碳排放量达5.96亿吨。科学家在7月14日发表的两篇关于全球甲烷预算的论文中指出,与2000—2006年的平均水平相比,甲烷年排放量增加了约5000万吨,这主要由农业和天然气工业推动所致。现在大气中甲     

香山科学会议第372—375次学术讨论会简述

2010年4月20日—5月23日,香山科学会议先后召开了主题为"陆地生态系统固碳潜力不确定性的科学问题"、"生命系统的电磁特性及电磁对生命的作用"、"复杂性与社会设计工程"、"子宫内膜异位症发生机制及临床干预的重大问题"的第372—375次学术讨论会。     

湿地功能与湿地科学研究的方向

湿地是由陆地系统和水体系统相互作用形成的自然综合体.湿地具有的特殊性质即地表积水或土壤饱和、淹水土壤、适应湿生环境的动植物,是湿地系统既不同于陆地系统也不同于水体系统的本质特征.湿地具有物质"源"、"汇"及"转换器"的功能,一般认为湿地是二氧化碳的"汇"和全球尺度上的气候"稳定器",在全球环境变化研究中有重要意义.目前,要加强对湿地系统的基础理论研究,对湿地的功能有明确的认识,清楚湿地科学研究的方向.     

东亚地区云对地球辐射收支和降水变化的影响研究

云覆盖地球表面约60%的区域。云通过反射太阳辐射造成地气系统变冷和通过吸收地表与云下大气的长波辐射使地气系统变暖,这两种效应显著地影响着地气系统的辐射收支平衡。同时,云通过影响大气水分输送和降水调节大气水循环,是大气中重要的水汽调节器。然而,历次政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估报告和很多研究都指出,云是迄今为止影响气候变化和气候预测诸多因子中非常重要却又不确定性最大的因子。低云增加4%即可抵消二氧化碳浓度加倍引起的2~3℃增温,反之会扩大相应的增温效应。东亚地区处于亚洲季风区,又是温室气体和大气污染物高排放区,使得该地区的云-辐射-降水具有鲜明的区域特征。目前对东亚地区气候模拟的偏差和不确定性均与云辐射过程及其反馈有关。因此,极有必要研究东亚地区云对于辐射收支和温度的影响、揭示其与降水的关系及机制,为准确预估全球增暖情景提供科学基础。进而为国家制定保护环境和减缓全球变化的各项政策、进行国际气候变化外交谈判提供科学支撑。     

从蚂蚁社会看全球变暖问题

正刚刚过去的2016年被称为史上最热年,有媒体调侃,姑娘们越来越短的超短裙就是气候变暖的最好证据,其实,气候变暖不仅影响姑娘裙子的长短,同时也可能极大地改变全球物种分布和生态系统功能。其中就包括在全球物种中占比巨大的昆虫,温度则是昆虫生长和分布的重要指标之一。因此,研究气候变暖对昆虫生长发育、代谢速率、生存繁殖及迁移扩散等核心生命活动的影响,有助于从最直观的角度来论证全球变暖的事实。     

中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究取得重要进展

由彭少麟研究员和周晓峰教授主持的国家自然科学基金重大项目"中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究"(项目编号39899370)取得重要进展.最近,该项目被国际地圈生物圈计划(IGBP)之全球变化与陆地生态系统计划(GCTE)列为核心研究项目,分类级为一等(这是GCTE给予某一研究项目的最高支持),开展该研究的中国东部南北样带被列为IGBP的第15条国际标准样带.这表明该项目已获得国际科学界的承认,项目组所开展的研究已与国际同类研究接轨.去年,该项目被评为国家基础研究十大新闻之一.     

给地球降降温

这些年,地球持续升温,全球温室效应正在加剧. 极端天气越来越多,由干旱引发的火灾频繁发生,两极冰川正在加速融化……而这一切的背后,藏着的是一个巨大的阴影——二氧化碳. 众多研究表明,二氧化碳作为最主要的温室气体,被认为是全球温室效应的罪魁祸首.大气中的二氧化碳目前以每年接近3％的速度增长,并且还在以更快的速度增长.持续不断的二氧化碳浓度上升使我们处于"人类世"的门槛,这表明人类活动已成为气候的主要影响因素.