基于卫星遥感数据的南海海域真光层POC输出效率分布特征

海水中颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环的基本变量,真光层POC输出效率在海洋固碳中起关键作用.根据2003-2018年南海区域遥感数据反演的真光层POC输出效率数据集,分析了南海海域真光层POC输出效率时空变化规律.结果表明,研究区内POC输出效率多年平均值为0.08,其在空间上分布呈现近岸高、海盆低的特征,年平均PO...     

冻融作用对大兴安岭多年冻土区泥炭地土壤有机碳矿化的影响研究

冻融循环是影响土壤碳氮生物地球化学过程较为重要的因素。在全球变化背景下,冻融作用对冻土区土壤碳库稳定性及其关键生物地球化学过程影响研究是当前国际热点,尤其是冻融作用影响下多年冻土区泥炭地土壤有机碳矿化研究目前仍未明确。选取我国大兴安岭多年冻土区泥炭地表层（0~15 cm）和深层（15~30 cm）土壤,采用冻融试验及室内培养方法,探索分析了冻融作用影响下泥炭地土壤有机碳矿化特征,并从土壤活性碳和土壤酶活性角度阐述了影响机制。结果表明在短期的培养中,土壤有机碳矿化量在483~2836 mg/kg间波动,而冻融循环均显著降低了表层和深层土壤有机碳矿化量,并且对深层土壤有机碳的矿化抑制作用更为明显,高达76%。值得注意的是,冻融循环却明显促进了CH₄的排放,尤其是表层土壤,高达145%。冻融循环作用也显著增加了土壤可溶性有机碳（DOC）含量,但却降低了土壤微生物量碳（MBC）以及土壤纤维素酶、淀粉酶和蔗糖酶活性。冻融作用下低的土壤酶活性以及相对低质量碳是抑制土壤有机碳矿化的原因。全球变暖背景下,与单纯温度增加所导致的土壤有机碳矿化释放量相比,冻融循环作用能降低大兴安岭泥炭地活动层中土壤有机碳在短期内碳的释放。     

基于卫星遥感的南海真光层底颗粒有机碳输出通量时空特征研究

在加强海洋强国建设、实现我国碳达峰和碳中和愿景目标背景下准确掌握南海碳通量时空变化格局具有重要的现实意义。根据2009—2018年10 a有机碳通量月度数据集,分析了南海真光层底颗粒有机碳通量变化特征。结果表明:(1)南海区域多年真光层底有机碳输出通量年平均值为55.40 mgC·m^-2·d^-1;其值大小在空间上的分布存在近岸＞陆架＞海盆的趋势。(2)从季节上看,南海真光层底颗粒有机碳输出通量冬季最高,春、秋季次之,夏季最小;真光层底颗粒有机碳输出通量1、4、7、10月平均值分别为82.43、47.37、46.34、54.75 mgC·m^-2·d^-1。研究结果可为全面掌握南海碳循环过程和机制提供技术支撑。     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO₂的吸收,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气CO₂的吸收表明:海洋碳吸收再加上大气CO₂的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的CO₂的2/3。1980～1989年期间海洋年平均吸收2.05GtC。海洋人为CO₂的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋CO₂的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

生物泵在海洋碳循环中的作用

生物过程在海洋碳的自然分布中起着重要的作用,它使海洋中碳的储量大大增加.作者用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了生物泵在海洋碳循环中的作用.模式计算的结果表明:生物过程产生的海-气通量的量级非常大;在高纬度和赤道它的量级与因溶解度泵产生的碳的海-气通量差不多.在高纬度地区这两个通量符号相反,使组合模式中的通量大小比只有溶解度泵时的通量小,而在赤道两者的符号相同,使组合模式在赤道的通量大于只有溶解度泵时的通量.在稳态条件下生物泵对海洋吸收人为CO2的直接影响很小.     

近地层臭氧对我国树木生产力和作物产量的影响:进展与展望

大气污染严重威胁了我国陆地生态系统的固碳能力,但随着减污降碳协同治理的快速推进,减缓大气污染将有利于提升陆地碳汇,并切实推动碳达峰碳中和目标的实现。为了更好地理解大气污染与生态系统固碳的关系,本文以主要空气污染物臭氧（O₃）为例,基于田间控制实验的整合分析、剂量响应关系及机理模型三种评估方法综述了近地层O₃污染对植被碳固定影响的最新进展。尽管不同作物种类以及品种、不同功能型木本植物对O₃的响应有着显著的差异,且各种方法的评估结果也不尽相同,但目前O₃浓度造成我国粮食作物减产、森林生产力降低已是不争的事实。持续升高的O₃浓度将严重威胁我国陆地生态系统的固碳能力。利用我国作物和树木的O₃剂量响应方程进行评估的结果表明,在CO₂减排和O₃污染协同治理下,预计2060年我国树木生物量和作物产量将比当前显著提高,增加陆地生态系统碳汇,助力碳中和目标。最后,对如何提高O₃污染环境下植物固碳能力也进行了展望。     

基于卫星遥感的南海海域POC浓度时空变化特征研究

海水中颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环的基本变量,在海洋碳循环研究中起着关键作用。根据2003—2020年南海区域遥感数据反演的POC数据集,分析了南海海域POC浓度时空变化规律。研究结果表明:在整个研究区POC的年平均浓度变化范围为76.98~83.91 mg/m^(3);POC浓度分布呈现出近岸高、远海低,主要原因为南海近岸浅水海域POC浓度主要受陆源输入和沿岸流影响,远海区域内POC浓度主要受南海环流和水团控制。在季度上,第1—4季度POC浓度平均值为89.62,72.90,79.22,84.86 mg/m^(3);总体上POC浓度呈现出夏季低、冬季高的趋势,主要原因为南海受到冬季的东北季风和夏季的西南季风影响,影响到南海海水混合层的结构变化,浮游植物在冬季比夏季更为繁盛。在月尺度上,1月POC浓度平均值达到最高值;2—4月POC浓度平均值快速下降,5月POC浓度平均值达到最低值;6—12月POC浓度平均值开始缓慢上升。以上研究结论可为南海碳循环、政府碳达峰、碳中和及应对气候变化等提供决策依据。     

1981—2019年全球陆地生态系统碳通量变化特征及其驱动因子

陆地生态系统碳汇显著降低大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,受人类活动和气候变化的影响,陆地生态系统碳通量具有强烈的时空变化,其估算结果仍存在较大的不确定性,不同因子的贡献尚不清晰。为此,利用遥感驱动的陆地生态系统过程模型BEPS模拟分析了1981—2019年全球陆地生态系统碳通量的时空变化特征,评价了大气CO₂浓度、叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）、氮沉降、气候变化对全球陆地生态系统碳收支变化的贡献。1981—2019年全球陆地生态系统总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）、净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）和净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）的平均值分别为115.3、51.3和2.7 Pg·a^-1（以碳质量计,下同）,上升速率分别为0.47、0.21和0.06 Pg·a^-1。全球大部分区域GPP和NPP显著增加,NEP显著上升（p<0.05）的区域明显少于GPP和NPP。1981—2019年,全球NEP累积为105.2 Pg,森林、稀树草原及灌木、农田和草地的贡献分别为76.4、15.8、9.4和3.6 Pg。CO₂浓度、LAI、氮沉降和气候变化各自对NEP的累积贡献分别为58.4、20.6、0.7和-43.6 Pg,全部4个因子变化对NEP的累积贡献为39.8 Pg,其中CO₂浓度上升是近40 a全球陆地生态系统NEP上升的主要贡献因子,其次为LAI。     

带生物泵三维全球海洋碳循环模式

建立了一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式,该模式在海气界面上与一个CO2充分混合的大气箱进行CO2交换,模式积分1 200年达到准稳定态的海水总CO2、碱度及溶解氧的浓度、表层新生产力、海气分压差等的分布与实测相接近。通过带生物泵和不带生物泵的对比实验,表明海洋生物过程在海洋吸收大气中CO2能力上起着重要作用。     

水泥材料碳汇研究综述北大核心CSCD

本文从水泥材料碳汇发生原理、碳化影响因素、混凝土水泥碳汇、砂浆水泥碳汇与水泥窑灰碳汇等方面,综述水泥材料整个生命周期碳汇的相关研究。众多研究表明,水泥材料的碳化过程受水泥的材料因素和环境因素影响较大;混凝土在在建筑使用阶段的碳汇量核算方法主要通过碳化深度定量表达,而在拆毁和回收利用阶段的碳汇核算方法缺乏;砂浆水泥和水泥窑灰的碳化速度要高于混凝土,但其碳汇核算方法仍未建立。今后的研究应侧重以下几个方面:继续加强水泥材料碳汇影响因素及相应碳化参数的研究,从生命周期角度系统建立完整的水泥材料碳汇核算方法体系;精确核算中国乃至全球水泥材料年碳吸收量、碳汇累积量,并分析水泥材料碳汇在碳失汇中的贡献比例;从生态学和气候变化视角阐述水泥材料碳汇对城市碳循环的影响。     

Estimating the value of carbon sequestration ecosystem services in the Mediterranean Sea: An ecological economics approach

Ocean and marine ecosystems provide a range of valuable services to humans, including benefits such as carbon sequestration, whose economic value are as yet poorly understood. This paper presents a novel contribution to the valuation of carbon sequestration services in marine ecosystems with an application to the Mediterranean Sea. We combine a state-of-the-art biogeochemical model with various estimates of the social cost of carbon emissions to provide a spatially explicit characterization of the current flow of values that are attributable to the various sequestration processes, including the biological component. Using conservative estimates of the social cost of carbon, we evaluate the carbon sequestration value flows over the entire basin to range between 127 and 1722 million €/year. Values per unit area range from −135 to 1000 €/km² year, with the exclusive economic zone of some countries acting as net carbon sources. Whereas the contribution of physical processes can be either positive or negative, also depending on the properties of incoming Atlantic water, the contribution of biological processes to the marine “blue carbon” sequestration is always positive, and found to range between 100 to 1500 million €/year for the whole basin.     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO2 的吸收 ,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气 CO2 的吸收表明 :海洋碳吸收再加上大气 CO2 的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的 CO2 的 2 /3。1 980～ 1 989年期间海洋年平均吸收 2 .0 5Gt C。海洋人为 CO2 的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋 CO2 的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

A SIMULATION OF CO2 UPTAKE IN A THREE DIMENSIONAL OCEAN CARBON CYCLE MODEL*

A three-dimensional ocean carbon cycle model which is a general circulation model coupled with simple biogeochemical processes is used to simulate CO₂ uptake by the ocean.The OGCM used is a modified version of the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory modular ocean model(MOM2).The ocean chemistry and a simple ocean biota model are included.Principal variablesare total CO₂,alkalinity and phosphate.The vertical profile of POC flux observed by sediment traps is adopted,the rain ratio,a ratio of production rate of calcite against that of POC,and the bio-production efficiency should be 0.06 and 2 per year,separately.The uptake of anthropogenic CO₂ by the ocean is studied.Calculated oceanic uptake of anthropogenic CO₂ during the 1980s is 2.05×10¹⁵g(Pg)per year.The regional distributions of global oceanic CO₂ are discussed.     

中国森林乔木林碳储量及其固碳潜力预测

加强对我国森林碳储量和固碳潜力的研究,是制定中国增汇减排政策的重要依据,对我国国际气候谈判和全面了解森林碳汇潜力具有重要作用。利用我国第七次和第八次森林资源清查中各优势树种的面积和蓄积量数据,采用IPCC材积源生物量法（volume-biomass method),估算了我国森林（乔木林）碳储量和碳密度及其分布,分析我国不同省份天然乔木林和人工乔木林碳储量龄组结构特征;建立分区域、分起源主要优势树种的单位面积蓄积-林龄Logistic生长方程,结合我国森林2020年和2030年面积蓄积增长目标,预测我国乔木林2010—2050年间碳汇潜力。结果表明：第八次清查期间中国乔木林总碳储量为6135.68 Tg,碳密度为37.28 Mg/hm ²;天然乔木林和人工乔木林的碳储量分别为5246.07 Tg和889.61 Tg,分别占总碳储量的85.50%和14.50%。到2050年,中国乔木林和新造林的总碳储量和平均碳密度将分别达到11125.76 Tg和52.52 Mg/hm ²,与2010年相比分别增加81%和41%。分析结果表明中国乔木林有很大的碳汇潜力,将在应对和减缓全球气候变化中发挥重要作用。     

陆地生态系统固碳速率立体监测方法:进展与挑战

全球CO₂浓度增加造成的全球变暖已成为人类亟需解决的问题,陆地生态系统在过去几十年一直扮演着重要的碳汇角色,吸收了30％左右的人类活动排放CO₂。本文调研分析了陆地生态系统固碳速率空间估算方法,包括样地调查、通量监测、模型模拟、遥感估算等,梳理了各种估算方法的研究现状与进展。样地调查、通量观测等方法可以提供点尺度的固碳速率直接测量信息,但存在观测样本有限、空间代表性不足等问题。模型模拟方法可以从机理的角度描述陆地碳、水、能量循环,模拟预测陆地生态系统固碳速率的状态和变化。然而,在模型建立过程中,抽象和简化会引入结构与假设的不确定性,以及模型驱动数据引入的不确定性等问题是碳循环模型模拟方法面临的重大挑战。卫星遥感具有全球覆盖、分辨率精细、时间序列观测等优点,结合机器学习方法,为地球大数据驱动的全球碳源汇估算提供了新的研究范式。但是,当前各种固碳速率的监测方法还没有满足高度时空异质性的陆地生态系统固碳量监测需求,未来需要整合地面观测、模型模拟和卫星遥感等多种技术手段,提供区域和全球尺度的陆地生态系统碳汇精确估算方法体系和科学数据产品。     

Measurements of stable carbon isotopic composition of ethane and propane over the western North Pacific and eastern Indian Ocean: A useful indicator of atmospheric transport process

Stable carbon isotopic composition of ethane and propane over the western North Pacific and eastern Indian Ocean between 31°N and 26°S was investigated from February through March 2004. The isotopic composition of ethane ranged from −28 to −18‰ and showed a gradual increase from north to south. Conversely, that of propane was between −31 and −24‰; it showed no systematic latitudinal variation. Investigation of the ethane/propane ratio indicates that ethane and propane that originated from northern mid-latitude countries in the eastern part of Eurasia were both transported into the western North Pacific region. However, the results of the isotopic analyses indicate the contribution of oceanic emission to the atmospheric propane during transport, although that contribution can not be discerned for ethane. A ship based stationary observation conducted in the western equatorial North Pacific showed that the isotopic composition of ethane varied from −25 to −19‰ and showed clear systematic diurnal variation: propane ranged between −32 to −26‰ and no such isotopic diurnal signal was observed. The diurnal variation for ethane is explained by entrainment of free tropospheric air, whereas the variation for propane was influenced by oceanic emissions as well as the entrainment. The contribution of oceanic emissions to the atmospheric propane inventory was considered from our isotopic observation. Isotopic composition of dissolved propane is estimated to be less than −38‰, and the contribution up to 79% was calculated when the isotopic composition of dissolved propane is assumed to be −40‰. Our study demonstrates that isotopic analysis can be more useful than ratio-based analysis to improve our present understanding of transport processes, especially for impact of the oceanic emissions on the atmospheric distribution of low level C₂–C₅ non-methane hydrocarbons such as propane in the remote marine atmosphere.     

海洋中碳及营养物自然分布的数值模拟

用海洋生物化学环流模式（Ｂ－ ＧＣＭ） 模拟了工业化前碳及营养物在海洋中的分布, 并得到了较为合理的结果。模式考虑了海洋表面化学和一个简单的生物过程。模式的主要预报变量有总ＣＯ２ 、碱度和磷酸盐。决定生物化学物质分布的三个参数的取值为： ＰＯＣ 通量的垂直廓线的指数ａ 取观测值０－８５８ 、生物生产效率ｒ ＝ ２／ 年和下落比Ｒ＝ ０－０６ 。用Ｂ－ＧＣＭ 模拟出的结果与ＧＥＯＳＥＣＳ观测值基本相符。