地球系统模式中的碳循环及其检验

<正>世界气候研究计划(WCRP)提供的耦合模式对比计划第五阶段(CMIP5)的地球系统模式(ESM)较之以前增加了较为复杂的碳循环,即在原有的全球大气耦合海洋环流模式(AOGCMs)中,把大气与陆地和海洋碳循环过程加入,这样较真实地再现碳循环和物理气候系统之间的相互作用~([1])。为了表征它们之间的相互作用以及考虑碳循环响应于未来的气候变化和CO_2的变化,经常考虑碳—浓度参数化和碳—气候反馈参数化,这是两个强的和相反的反馈。碳—浓度参数化是度量陆地和海洋碳库对大     

全球变化科学领域的若干研究进展

介绍了中国科学院大气物理研究所东亚中心在全球变化科学研究方面的一些进展.主要包括:(1)参与了国际和国内全球变化科学的开拓工作;(2)提出了区域水平上的全球变化研究新方向;(3)气候突变和全球增暖的区域响应研究;(4)东亚季风区植被-大气相互作用研究;(5)区域环境系统模式的发展和亚洲区域模式的国际比较研究活动;(6)提出了对全球变化的人类有序适应的概念、试验观测、理论和方法;(7)面向国家需求的全球变化问题北方干旱化研究;(8)陆地生态系统碳循环研究等.     

碳与水循环的研究新进展

引　言自 2 0世纪 80年代以来 ,随着全球变化科学这一新兴学科的形成 ,以研究全球环境变化为对象 ,逐步发展成了国际地圈·生物圈计划 (ＩＧＢＰ)、全球变化人文因素计划 (ＩＨＤＰ)、世界气候研究计划 (ＷＣＲＰ)、生物多样性计划 (ＤＩＶＥＲＳＩＴＡＳ)等4个科学研究计划。全球变化科学以“地球系统”为研究对象 ,将大气圈、水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈 (包括人类自身 )视为一个整体。全球变化中最活跃的物质是碳和水 ,它是人类生存的物质基础。围绕全球碳循环、全球水资源与水循环、食物与纤维 3大主题以及人类与环境的相互作用研究 ,…     

二氧化碳——气候影响问题

二氧化碳遍及整个地球系统.它不是被动地存在于地球系统中,而是作为海洋、大气和生物圈中碳循环的中介物质.从CO_2的循环特点方面可以看出,海洋和生物圈中的CO_2的交换是基本平衡的,而人类燃烧矿物燃料却使大气中CO_2含量持续增加.根据美国的两个观测记录最长的测站(在夏威夷群岛)资料可见,自1958年以来,CO_2增加了10%以上.据研究指出,在工业革命前,CO_2的含量是270-290ppm,现在达340ppm,估计到二十一世纪中期将上升到600ppm. 按CO_2变化量的估计值推断的全球性增     

陆地生态系统与全球变化相互作用的研究进展

全球变化及其对生态系统特别是陆地生态系统的影响已经严重地影响到人类生存环境与社会经济的可持续发展 ,引起了各国政府、科学家及公众的高度关注。文中从CO2 浓度倍增、温度变化、水分变化、水热与CO2 协同作用、辐射变化、臭氧变化以及人为干扰等气候环境变化对植物光合生理、生长发育、物质分配、水分利用、碳氮代谢等的影响方面阐述了全球变化影响生态系统的过程与机理 ;从地理分布范围、物候、结构与功能、生态系统的稳定性等方面分析了中国植被、森林生态系统、草原生态系统与农田生态系统对全球变化的响应 ;从植被变化引起的动力条件与热力条件的变化及植被固碳潜力的变化探讨了植被对于气候的反馈作用。在此基础上 ,基于当前全球变化研究前沿 ,提出了未来关于陆地生态系统与全球变化相互作用研究需要重视的方面 ,尤其是关于生态系统对全球变化响应的阈值研究应引起高度重视。     

气候变暖下干旱对森林生态系统的影响

人类活动显著影响着全球大气循环格局,全球平均温度升高导致干旱事件发生幅度、频度和持续时间增加,这对森林生态系统带来更多的是负面影响.本文基于已有研究,系统总结了干旱事件对森林生态系统地理分布格局、群落结构重建、植物生长和生理特性、死亡和灭绝、植物生产力以及碳循环功能的影响及其机理,并对未来干旱事件对森林生态系统长期效应以及在不同时间尺度上作用机理的研究提出建议.本研究对开展全球变化背景下森林生态系统对干旱事件响应机制的研究具有重要指导意义.     

全球二氧化碳循环的一维模式研究

本文用一个全球碳循环的一维模式重建了1860年以来的大气二氧化碳浓度。结果表明:(1) 模拟结果与冒纳罗亚（Mauna Loa）的观测结果之间存在极好的一致性；(2) 海洋虽然是人类活动释放的CO2的最重要的汇，但其作为碳汇的能力受到海洋缓冲效应的限制。海洋吸收CO2的速率还与某些响应过程密切相关；(3) 在全球碳循环中，生态系统的作用是双重的:人类活动对它的破坏使它成为CO2的源，而其对过量CO2的响应又使其成为CO2的一个汇。工业革命以来，人类对生态系统的破坏与其自身的恢复大致是同量级的；(4) 陆地生物圈缩短了整个碳循环系统对人为扰动的响应时间。     

碳循环及对气候变化和人类生存环境的影响

碳循环及全球变暖已成为影响气候变化、人类生存环境和经济共同发展和安全的重大问题,引起了全球科学、政治、外交政策等部门的重视。本文着重探讨碳循环的由来、生态系统与碳循环的科学相关、在碳循环方面,中国需要解决的问题和科学技术方法以及碳循环系统的科学研究方法和改进等问题。     

冰期气候的数值模拟

应用CLIMAP重建的18000年以前的地表条件,作者用大气所两层大气环流模式模拟了冰极盛期7月份的气候。结果表明:全球气温明显低于模拟的现在7月份的气温,降水和总云量减少了,海平面气压升高了,而这些变化尤其是气温的变化以北半球高纬陆地区域和南极区为甚;CO_2含量改变到现代值以后,引起的气候反响很小,说明必须用联合模式来研究。作者还指出,冰期边条件引起的气候反响与CO_2含量加倍引起的气候反响有某种一致,这对我们理解气候系统如何响应外界的强迫是一个启发。     

为预报植物、群落和生态系统对二氧化碳浓度响应的模拟要求

大气CO_2升高的一个重要的直接效应是促进植物生长。为了了解和预报自然物种及生态系统对CO_2增加的响应,需要有新的或修正的模式方法。由于在未来100年内,大气中CO_2将增加1倍,有效的模式将成为预报响应(如生产率的变化,植物群落组成的变化及分离的碳含量的变化)的重要手段。作为研究CO_2对植被直接影响的综合计划的一部分,对模拟植物和生态系统响应的要求进行了讨讨,主要的要求是(a)一种模式的复杂程度要与一般的生态知识相适应,主要是CO_2响应函数的处理;(b)建立预报植物、群落和生态系统对CO_2响应的模式;(c)评价由CO_2决定的模式参数的敏感性和不确定性,次要的要求是建立评价模式所需的资料条件的框架。     

丹东近千年来气候变化的初步研究

1 引言世界气候变化已经严重地影响到人类生存发展。对于一个地区来说,为使减灾对策正确可行,首先应弄清当地历史灾情以及当地气候对全球气候变化的响应。政府间气候变化专业委员会(IPCC)给第2次世界气候大会的报告指出,近千年来大气中CO_2浓度一直稳定在280±10PPM,17世纪工业化以后才上升,1958年达到315PPM,1990年达到353PPM,超过了近12万年最高值(300PPM)。预计未来几十年还要增加1倍以上。80年代估计,CO_2加倍会使平均气温升高1.5～4.5℃,最新估计要升高3.5～5.2℃。我们面临的是地质时代以来最剧烈的温度变化和气候变化。     

全球变化的区域响应和适应

20世纪 90年代以来 ,全球变化研究进入了一个新的时期 ,其研究方向发生了重大调整 :从认识地球系统基本规律的纯基础研究为主 ,扩展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究 ;从研究人类活动对环境变化的影响 ,扩展到研究人类如何适应全球环境的变化 ;在更高层次上进行地球系统的综合集成研究。文中对日益受到重视的全球变化区域响应和适应研究的背景进行了分析 ,并着重介绍了一些概念和研究进展 :( 1)对全球和区域环境变化的适应同可持续发展之间的关系。两者应存在协调统一的关系。同时 ,适应应是对区域和全球环境系统的整体性和系统性适应 ,不应是局部的和片面的。( 2 )“有序人类活动”的研究框架。介绍了对“有序人类活动”的一些基本认识 ,以及在虚拟试验研究、示范区建设和长期监测研究等方面的进展。( 3 )集成研究。以东亚区域环境系统和北方干旱化的集成研究为例 ,介绍了集成研究的方法和过程     

海洋碳循环与全球气候变化相互反馈的研究进展

海洋作为地球上一个主要吸收二氧化碳的汇,储存大量的二氧化碳.海-气间的二氧化碳交换,使得海洋中碳对气候产生反馈作用,从而影响着大气中CO2的浓度,甚至影响到全球气候的变化.本文主要介绍了海洋碳循环的过程,以及海洋碳循环过程对气候的反馈作用.     

生物圈变化与气候

近百年来全球气候变化的总趋势是地面气温逐渐变暖*[1],虽然40—60年代有一些小的波动。一般认为当代气侯变暖的主要原因是大气中CO_2及其它温室气体的增加。而CO_2的增加,又主要是由于人类进入工业化社会后煤、石油等矿物燃料的燃烧所造成的。然而也有不同的看法,Woodwell[2]详细讨论了生物圈变化的极重要的潜在作用,他认为到上世纪末采伐森林和扩大耕地已经成为大气中CO_2的第二种来源,它在数量上和迄今由于使用地下燃料所造成的CO_2源相当,因此应该重新评价现有CO_2的循环模式。图1是Robock[3]1985年给出的包括植被在内的气侯反馈图,植被通过与大气成份、反射率、蒸散等过程的反馈而与气候相互作用。因此必须高度重视研究生物地球化学过程和物理过程及其对气候的影响,还必须研究人类活动对这些过程的干扰。本文将分四个问题对此进行简单介绍和评述。     

草原生态系统对气候变化和CO2浓度升高的响应

近年来,全球变化和区域响应已成为生态学、植物学、地学和农学的研究热点之一。全球变化引起全球温度升高、降水格局发生变化和土地利用方式改变，研究草原生态系统对全球变化的响应与适应是了解发展和预测陆地生态系统与全球变化相互关系的重要方面。文章对近十年来国内外在CO₂浓度升高、温度增加、水分变化等方面对草原生态系统影响的研究进行了评述, 以期加深草原生态系统对全球变化响应的理解，启发研究思路, 激发兴趣。最后提出了应着重加强研究的8个科学问题。     

全球人类活动对气候影响强度的定量评估

人类活动对气候影响强度的定量评估是分析人类活动对于生态环境、气候变化影响的基础。然而,由于人类活动包含的内容广泛、全球可供评价的指标数据有限、权重系数难以确定等因素,目前尚缺乏对于全球人类活动强度定量评估的指数。本研究选取人口密度、人口增长、CO_2排放量、GDP作为衡量人类活动对气候影响强度的指标,采用客观权重法定量分析1995—2010年间全球人类活动强度的分布和变化趋势。结果表明,全球大部分地区人口增长在人类活动强度指数中所占权重最大,亚洲东部及印度、欧洲西部和北美洲东部等地区,人类活动强度明显大于其他地区。1995—2010年,由于人口增加、CO_2加剧排放等原因,致使全球大部分地区的人类活动强度呈现增加趋势。     

大气、海洋、人类活动与气候变暖

根据国内外的研究,对于人类活动引起的全球变暖以及与其有关的碳循环和大气与海洋的反馈过程做了综述。     

全球气候变暖对我省气候的影响

本世纪以来,由于人类活动造成大气中CO_2和其他具有温室效应气体的增加,已使全球气候出现了明显的变暖趋势,对全球各地的气候造成了不同程度的影响。本文利用沈阳、营口等地近80多年的气温、降水资料,分析了本世纪以来我省气温、降水的变化情况,并与全球气候变化情况进行了对比分析。     

用全球大气混合层海洋环流模式模拟二氧化碳增加对土壤湿度季节变化的影响

本文利用全球三维大气耦合混合层海洋环流模式模拟大气中二氧化碳浓度增加对土壤湿度的影响。敏感试验(2×CO_2)与控制试验(1×CO_2)对照表明,当大气中二氧化碳浓度增加时,全球土壤湿度在各季发生明显变化。其中两半球低纬度地区在冬季土壤温度变温,两半球中纬度地区则在各季土壤湿度变干,北半球高纬度地区土壤湿度在夏季变干,其余各季变温。分析大气中二氧化碳浓度增加造成土壤温度全球变化的可能物理机制表明,地面水循环和热量循环是重要的因素。     

我们未来的气候:人类的干预有多大?

对有关气候变化的观测事实和可能原因的研究做了简要回顾和总结，对21世纪人类活动和自然因子对气候系统的可能影响做了扼要讨论。近20余年全球气候变化科学有明显的进步，但要对21世纪气候趋势做出可靠预测，还需要在过去气候演化历史和成因、全球碳循环、气候系统模式与模拟、土地利用和土地覆盖变化的影响以及气候系统的稳定性等方面开展深入研究，以便进一步减少科学上的不确定性。