北极地区碳循环研究意义和展望

全球变暖引发了北极地区的快速变化。北极地区苔原冻土带退化、海冰面积退缩和厚度变薄将使北极生态系发生重要变化 ,因而引起碳的生物地球化学循环过程变异。为精确评估北极地区对人为大气CO2 的吸收通量 ,围绕北极苔原、边缘海和极区海域的碳循环研究引起了重视。调查表明 ,北冰洋和亚北冰洋海冰区是海洋吸收大气CO2 的重要汇区 ,北冰洋具有吸收大气CO2 约 1×GtC/a的能力 ,北冰洋夏季冰缘区的长光照和高生产力促进了对大气CO2 的吸收能力 ,北冰洋深水环流和通风作用也有利于表层碳向深水转移。最近有些调查表明 ,如温度继续升高 ,北极苔原有可能从碳汇转变成大气碳源。国际上正加强北极地区碳循环研究的规划和计划 ,企图通过改进现场调查观测手段以及研究方法 ,来定量研究和模式预测变化中北极地区的碳汇潜力及其对地球气候的影响。     

湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

白令海CO_2源汇与控制因素研究进展

白令海是北冰洋太平洋扇区的边缘海,是亚北极生态系统向北极生态系统过渡的典型区域,白令海CO_2源汇的研究可为高纬度边缘海相关的研究提供重要的参考。在全球持续变暖的背景下,白令海正在发生着一些气候和环境的变化,这些变化对CO_2源汇以及控制CO_2源汇的生物地球化学过程产生重要影响。对目前白令海CO_2源汇特征及其控制因素相关研究进行了归纳总结,预测了白令海CO_2源汇的未来变化趋势并提出了展望。以往的研究都认为白令海是一个大气CO_2的汇区,但是碳汇研究结果差异较大,最近的研究结果表明白令陆架区的碳汇约–6.81 Tg C·a~(–1)(1 Tg=10~(12)g),整个白令海的碳汇约–34 Tg C·a~(–1)。在未来白令海气候和环境变化继续加剧的条件下,使得白令海碳汇增强或减弱的因素将同时存在,因此,未来白令海的碳汇是增强还是减弱尚无定论。     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型CO2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。     

太平洋入流及其与北冰洋异常变化的联系

太平洋水通过白令海峡进入北冰洋 ,对北冰洋的海冰、水团和环流产生重要影响。在过去的十几年中 ,北冰洋的海冰和海洋系统发生了前所未有的异常变化 ;与此同时 ,白令海峡太平洋入流水的流量和性质发生了改变 ,太平洋水在北冰洋中的运移路径和影响范围也有所不同 ,这些变化之间的关系有待于进一步的研究。本文综述了有关的研究进展 ,探讨了北冰洋异常变化与太平洋入流变化之间的可能联系。     

利用卫星遥感技术估算区域性海-气CO_2通量研究综述

海-气CO2通量的估算是碳循环研究的重要内容。随着卫星遥感技术的发展和外推算法的不断改进,基于海表层水CO2分压的调控影响因子,在不同的海域发展了不同参数的海表p CO2遥感外推算法,获得了区域性多时空尺度长时间序列的海域碳"源-汇"时空变化特征。本文针对单参数算法、双参数算法和多参数算法的发展过程和存在问题,综述了主要海区海-气CO2通量遥感外推算法的研究现状,并评述了在南大洋和北极海域利用遥感算法进行海-气CO2通量研究的应用。     

天山云杉林地生态系统CO2源/汇关系研究

通过实地观测和模型模拟的方法,研究了云杉林地的CO2源汇的日变化和年变化,结果表明(1)云杉光合速率在白天呈现明显的双峰曲线,即存在明显的光合"午休"现象.光合速率最高出现在10时和15时,分别达到了13.96和13.24 μmo1·m-2·s-1,白天光合速率的最低点出现在20时,为2.52 μmol·m-2·s-1.晚间植物呼吸的平均速率为2.65μmol·m-2·s-1.(2)云杉林地土壤呼吸速率在白天明显要高于夜间,最高土壤呼吸速率出现在19时,达到了CO21.42g·m-2·h-1.土壤呼吸速率最低值出现在22时,CO2为0.48 g·m-2·h-1.夜间土壤呼吸速率相对较为稳定,维持在CO20.6～0.8 g·m-2·h-1之间,平均值为CO20.70 g·m-2·h-1.(3)夜间云杉生态系统总的来说是碳源,白天随着气温、光强等环境因素的变化,碳源/碳汇关系有着一定的不确定性.总体来看云杉林地生态系统24小时净释放CO24.22 g·m-2·d-1,因此8月份,云杉林地生态系统应该是一个碳源;通过模型预测的结果表明云杉林地生态是一个极弱的碳源,年释放量为CO28.20t/hm2.     

腾格里沙漠民勤实验点夏季沙丘CO2浓度变化

为查明腾格里沙漠沙丘CO2浓度和昼夜变化规律,利用红外CO2监测仪在2009年夏季对腾格里沙漠两南部的民勤沙丘CO2浓度变化进行了昼夜连续观测,研究了不同类型、不同深度沙丘CO2浓度变化.研究得出:所有实验点CO2浓度在深度上的变化与通常观测的不同,2m和4m处的CO2浓度都比1 m处的大;固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值大于半同定沙丘的昼夜CO2浓度累积值,而半固定沙丘的昼夜CO2浓度累积值又大于流动沙丘的昼夜CO2浓度累积值;沙丘白天CO2浓度累积值高于夜间;在极端干旱的腾格里沙漠西南部,不论是固定沙丘、半固定沙丘还是流动沙丘,CO2浓度在一昼夜内也具有清楚的变化规律,即从当日09:00左右到次日09:00点左右均呈现由低到高再到低的变化,但CO2浓度升降相对于大气温度的升降具有一定的滞后性,滞后时间约1～3 h;沙丘CO2浓度和大气温度之间存在显著的正相关关系,温度是决定CO2昼夜浓度变化规律的主要因素.在极端干旱的民勤沙漠区,各类沙丘沙层中的CO2浓度都明显高于空气CO2浓度.     

北冰洋叶绿素a及初级生产力遥感反演研究进展

海洋表层叶绿素a浓度和浮游植物初级生产力是海洋生态系统的基础参数,可有效评估海洋生态系统的初级生物量及其变化.阐明北冰洋浮游植物生物量和初级生产力的时空变化,对预测北极环境快速变化背景下的海洋生态系统潜在变化、科学指导北冰洋的生态管理具有重要意义.本文总结了基于卫星数据的海表叶绿素a浓度和初级生产力的研究方法,整理归纳...     

北冰洋海冰/气候系统及其对全球气候的影响

结合前人对北冰洋海冰、气候系统的研究成果和 1 999年 8月在北冰洋对海冰的现场观测 ,本文综述了海冰分布、厚度的变化 ,海冰表面特征、积雪变化及北冰洋天气、气候特征和分区。讨论了北极海冰与南极海冰的差异。文章认为 ,北冰洋与周围地区气候变化趋势的不一致 ,主要是由于夏季在北冰洋海冰与开阔水域的相间分布、海冰漂移、融化吸热 ,均衡了周围大气、海洋温度的变化。     

北冰洋海冰和海水变异对海洋生态系统的潜在影响

最近30年来,北冰洋海冰和海水发生了急剧变化:海冰覆盖面积减少、冰层变薄、水温升高、淡水输入增加、污染加剧,正威胁着现有与海冰关系密切的生态系统。预期随着变化的持续,与海冰相关的食物链将在部分海域消失并被较低纬度的海洋物种所取代、总初级生产力有望增加并为人类带来更多的渔获量、而北极熊和海象等以海冰作为栖息和捕食场所的大型哺乳动物的生存前景堪忧。今后人类将更为重视对北冰洋生态环境变化规律的认识并加以运用、关注北冰洋特有物种的命运并加以力所能及的保护、评估北冰洋生态系统的变化对人类社会经济的影响以期及早采取应对措施。数据积累是目前制约北极研究的最大障碍,但随着 SEARCH 等大型国际研究计划的实施,对北冰洋生态系统的监测和研究将更为系统和全面。     

海冰在海气交换中的作用及其与海雾的关系

本文用了 1 999年夏季中国首次北极科学考察队对海冰、大气和海洋进行的同步和准同步的综合立体观测所获取的资料 ,研究海冰在海 气相互作用中扮演的角色。发现海冰的种类、分布、冰厚等变化对海气热交换都有重要影响。在浮冰区海洋以潜热的形式向大气输送热量 ,潜热通量与浮冰密集度的大小密切有关 ,浮冰越少潜热通量越大 ,潜热通量约为2 1～ 2 3 .6W /m2 ,潜热通量大于感热通量 ;在冰盖和大浮冰块上 ,大气以感热的形式向冰雪面上输送热量。新生的浮冰区或冰间湖是海气热交换最激烈的地方 ,是气候最敏感的区域 ,是北冰洋蒸汽雾生成的重要条件。用层结大气整体动力学输送法 ,计算了一次大范围的蒸汽雾过程的海气热交换 ,海洋向大气输送的热量总功率约为 1 4 8亿千瓦 ,相当于中国发电能力的 69倍 ,相当于大西洋向北冰洋输送热量平均功率的 1 / 2 0。北冰洋的夏季能够形成各种类型的海雾 :辐射雾、蒸汽雾和平流雾 ,其重要原因就是因为海冰的存在 ,使下垫面的性质复杂化 ,海气交换复杂化。     

从增长率角度讨论现代温度与CO_2的关系

CO2温室效应导致全球变暖的观点尚有辩驳的余地.目前CO2是否为气候变化的驱动力还在争论之中.根据牛顿第二定律,讨论驱动力的变化应该从加速度也就是增长率的角度来深入.从增长率的角度来研究,可以发现CO2增长率（12月减1月）与温度增长率（年均温度之差）的波动节奏一致,但是温度的增长率没有明显的长期趋势,而CO2增长率长期持续升高,表明两者驱动力有些关联又有些区别.计算表明CO2在长期的地质历史时期以及短尺度的现代变化中都落后于温度的变化,它不是温度变化的驱动力而是产物.CO2的增长率的表现可以理解为自然和人为2种作用力的合力作用的结果,前者保证了它与温度的年际节奏一致,后者提供了长期趋势的变化.线性回归的结果表明,人类活动排放的CO2对大气的CO2的贡献率为48.4%.     

土壤CO_2浓度昼夜变化及其对土壤CO_2排放量的影响

对石林地区两个研究点土下20、40和60cm土壤CO2浓度和土壤CO2排放量的昼夜变化进行的研究表明二者之间具有一定的正相关关系,因此土壤CO2排放量除受环境因子影响之外,还受土壤CO2浓度所控制。土壤CO2浓度和土壤CO2排放量之间的相关关系可以用来解释土壤有机碳含量及温度对土壤CO2排放量的影响,即土壤有机碳含量高和温度升高是通过影响土壤空气中CO2的形成速率,导致土壤CO2浓度升高,从而促进土壤CO2的排放。     

大气CO_2变化与气候

在地质历史时期,地球的气候不断在变化,全球大气CO2浓度也在变化,二者之间是否存在一种响应—反馈作用,目前存在争议较大.本研究从地质时间尺度、千年以来和现代气候变化3个角度进行介绍,认为全球气候变化是多重时间尺度变化规律的叠加,从长时间尺度来看,全球平均温度和大气CO2水平均表现出整体降低的趋势.地质历史时期存在多次大气CO2浓度升高的时期,有时甚至可达现在大气CO2水平的十几倍.气候变化与大气CO2的关系非常复杂,高CO2时期并不全部对应于高温时期.千年以来的气候变化在全球各大洲均有温暖时期的出现,并且很多地方的重建结果表明中世纪暖期的全球平均温度要比现代的全球平均温度还高.但这一区间的温度变化和大气CO2水平在1850年之前没有明显的相关性.近百年的气候观测资料表明全球平均温度上升了0.74℃,但对于这种上升的理解目前还存在较大争议.是否确实是由于人类活动（主要是工业革命以来）导致了全球CO2水平增高,进而导致全球变暖,需要更多的证据来验证.     

泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量与其影响因子的相关性分析

利用静态箱-气相色谱法对泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气CO2的源,其碳通量均值为26.50mg/(m2·h),全天源的极大值出现在1∶00为32.38mg/(m2·h),源的极小值出现在13∶00为20.15mg/(m2·h)。在春季影响泥河水库水-气界面CO2通量变化的主要因素是气温、叶绿素和风速,相关系数分别为0.671、0.625、0.253。结论:水库水-气界面CO2通量的变化是多种因素共同作用的结果,春季水库是大气CO2主要碳源之一。     

北冰洋浮冰和开阔海面上的能量平衡特征

利用中国首次北极考察队于 1 999年 8月 1 9日～ 2 4日在北冰洋浮冰区获得的大气近地层垂直廓线和辐射等资料 ,依据相似理论方法 ,对比分析了北冰洋无冰海面和冰面上热平衡参数的变化特征。结果表明 ,海面与大气和冰面与大气之间相互作用的边界层物理过程差异十分明显。冰面吸收的净辐射仅为海面的 6%左右 ,主要消耗于感热输送和冰面融化过程 ,不足部分由水汽在冰面上凝结释放的潜热和冰中的热通量来补充。海面吸收的净辐射主要消耗于潜热输送过程 ,占净辐射的 50 % ,其余热量传向水体深层和用于感热输送 ,分别占净辐射的 2 6%和 2 4 %。由此可见 ,在北冰洋夏季 ,无冰海面有大量的水汽向大气输送 ,这对研究北冰洋地区大气边界层的季节变化过程是至关重要的     

温带干旱地区近地层空气二氧化碳浓度的变化特征

选定我国温带干旱地区的四种植被类型:典型草原(内蒙古)、荒漠草原(宁夏)、榆树林(宁夏)和油松林(宁夏)为观测样地,观测研究了近地层空气CO2浓度的变化特征,结果表明:(1)干旱地区近地层空气CO2年平均浓度为323.49±21.36×10-6,是一种自然状态下的本底数据,其平衡受当地植被覆盖程度和种类控制.(2)近地层空气CO2浓度随植被类型不同存在差异,灌草丛生的榆树林最低297.92±15.56×10-6,裸露的荒漠草原最高331.82±19.17×10-6,植被的种类控制着地表面空气CO2浓度的大小,灌木杂草有利于吸收近地层空气的CO2,裸露的地表不利于CO2浓度的吸收和调节,植被在空气组成平衡过程中,起着"汇"的作用,尽管干旱地区植被稀少.(3)干旱地区近地层空气CO2浓度存在明显的季节变化,11月份浓度最高336.54±27.12×10-6,7月份最低305.05±15.45 × 10-6;呈"S"型曲线变化趋势,这种季节变化十分有利于调节地表空气CO2的浓度.(4)干旱地区近地层空气CO2浓度存在日变化,变化范围261.0×10-6～384.0×10-6,均值为323.5×10-6.一天中,平均CO2浓度最低时间在下午的16:00时,最高时间是在半夜0:00时.变化趋势呈"沟谷"状,两头高,中间低.(5)在人烟稀少的温带干旱地区,植被、土壤和气候相互作用,调节和控制差近地层空气CO2的浓度变化.     

土壤中氮碳间相互作用对全球碳循环的影响(英文)

氮循环中的能量产生过程构成与全球碳循环间的重要关联。例如,氮投入土壤,一开始导致CO2排放降低。这一众所周知的效应被理解为土壤呼吸作用受到阻碍或延缓。然而,当把冗余考虑在内便知,氮投入并不使最初得到的CO2最低排放量保持不变,而是逐渐导致排放增加。土壤中硝化作用对CO2消耗过程的特异性抑制,加上铵冗余投入或乙炔作用,往往导致额外的CO2排放量。这种总自养性呼吸(GHR)与CO2净排放(NHR)之间的差就是土壤内CO2汇。土壤呼吸作用单纯由NHR产生的CO2排放量(通常情况)来决定会导致对土壤系统的曲解,特别是在氮沉降量高的地区。因此,必须重新考虑温暖区域土壤呼吸作用的"适应环境"问题。可能也需要质疑氮投入带来的"呼吸抑制"概念。无视这些过程,包括上述氮驱动下的土壤内CO2汇过程,也许会有碍于采取足够的措施来对抗气候变化。