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     

二氧化碳与气候变化

大气中二氧化碳(CO_2)的浓度接连不断地增加,照这样下去,预料在下世纪后半期将达到本世纪初的2倍。CO_2浓度的增大会对气候造成什么样的影响呢?下面介绍世界许多研究所对这个问题研究的现状。     

水稻发育对光周期和CO_2浓度的响应

地球大气中CO_2浓度的增加已引起了人们对CO_2对植物的影响,尤其是对世界粮食供应的未来展望的兴趣。水稻是一种主要的粮食作物,人们对CO_2浓度在水稻生理生长期和整个生育期方面的影响了解相对较少,而这是一个水稻品种对一特定地区环境适应性的一个重要方面。本研究的目的是确定一个当代改良水稻品种(Oryza sativa,品种 IR-30)在两个对照的光周期下对不同CO_2浓度的响应。在整个生育期中,水稻植株生长在置于室外、采用自然光照并由计算机控制环境条件的人工气候室中。室内的CO_2浓度分别为160、250(低于环境浓度)、330(环境浓度)、500、660和900(高于环境浓度)μmol CO_2/mol 空气。在1987年,整个试验进行了两次。第一次即早稻试验在营养生长阶段内延长了光周期,而第二次即晚稻(LPR)试验只利用自然出现的光周期。在两个试验中,营养生长期的主茎叶片发育速率均比生殖生长期的主茎叶片发育速率快,同时在营养生长阶段,出叶速度随CO_2处理而加快。在晚稻试验中,与等于环境CO_2浓度和低于环境CO_2浓度的处理相比,高于环境CO_2浓度处理下的水稻幼穗分化和孕穗期出现较早,且整个生育期缩短。这种随CO_2浓度上升而产生的植物发育加速现象与CO_2引起的营养生长阶段内主茎叶片的减少有关。相对于晚稻试验,在早稻试验中水稻植株发育对CO_2的响应的减弱是由人为延长光周期迫使生殖生长发育阶段推迟引起的,在高于环境浓度处理中更是如此。鉴于全球大气中CO_2浓度的持续增大,CO_2导致的发育加速和全生育期缩短可能会成为一个参与挑选水稻品种和安排特定地区农事活动的水稻学家和育种学家感兴趣的问题。     

海洋在CO2增暖事件中的作用

本文以海洋在CO_2引起的增暖事件中的作用为线索,评介了近几年来国外利用大洋环流模式和海-气耦合模式所进行的若干研究工作,其中包括海洋对大气热异常的响应,海洋热输送作用对模式气候敏感性的影响,热异常向海洋中渗透的物理机制,和海-气耦合模式对CO_2增加的平衡响应,以及对于CO_2突然增加和逐渐增加的两类迁延响应的差异。     

气候将怎样变化

20世纪中叶以前,由于人类的活动引起的气候振幅是比较小的。最近这种情况却大大不同了。燃烧各种不同的燃料使得碳酸气(CO_2)在大气中的含量直线上升;与此同时,生物机体和由它们新陈代谢的产物中的碳的储量却减少了——大面积的森林被砍伐、土壤中的腐植质含量降低,这也使得进入大气中的CO_2多起来。     

温室内CO_2浓度的计算机控制及其在估算作物光合作用中的应用

本文介绍一个监测并控制五个玻璃试验温室内CO_2浓度的计算机自动控制系统。在计算机控制下,通过一个CO_2测定系统向每个温室输入纯CO_2气体,使其内部CO_2浓度与室外保持相等(CO_2浓度由红外气体分析仪测定)。在CO_2浓度测定的间隔期间,温室所需要的CO_2输入速率根据通风速率、未来的和现时的CO_2浓度计算确定。通过预先用N_2O气体跟踪确定的风机定位状态和风速的关系计算通风率。通过放在地面上的容器内获得的碳酸盐的重量观测土壤呼吸。在其它CO_2通量已确定后,用其剩余额估算作物净光合作用。该系统很可靠,且已在许多热带作物净光合作用的光响应特征曲线研究中得到应用。     

ENSO与火山活动的共同作用对大气CO_2浓度年际变化的影响

利用Mauna Loa和南极站点月均观测大气CO_2和δ~(13)C资料分析了大气CO_2浓度的年际变化特征,发现大气CO_2浓度年际变化与ENSO呈正相关而与火山喷发指数呈负相关。大规模火山喷发能够降低强ENSO对大气CO_2浓度的年际变化的影响,不仅与喷发强度有关,还与持续作用时间有关。ENSO与火山喷发共同影响大气CO_2浓度年际变化,而分析期间内的El Chichon和Pinatubo喷发后大气CO_2和δ~(13)C年际变化的差异则受ENSO和火山喷发的强度以及两者的相对起始时间的影响。δ~(13)C分析结合Keeling Plot计算表明,ENSO对大气CO_2浓度年际变化的影响主要通过影响陆地生态系统生产量的变化,而火山喷发对其影响则通过因温度降低和海洋施肥效应所引起的海洋吸收增加。     

微量气体气候效应的数值模拟

本文利用能量平衡模式(EBM)研究了二氧化碳(CO_2)、臭氧(O_3)、甲烷(CH_4)一氧化二氮(N_2O)及氟氯烃(CFC_s)等微量气体的气候效应,结果表明,CO_2、CH_4、N_2O、O_3和CFC_s的浓度全部增至现在浓度的2倍时,将使全球海平面平均气温上升2.68℃。CO_2的浓度单独变为目前浓度的2倍、3倍和4倍时,全球海平面平均温度将上升2.16℃、3.88℃和5.64℃。CH_4(或N_2O)、O_3、CFC_s等的浓度分别单独变为目前浓度的2、3和4倍时,全球海平面平均温度将分别上升0.26℃、0.53℃、0.75℃;0.21℃、0.42℃、0.64℃;0.004℃、0.008℃及0.012℃。 可以看出,在目前情况下,CH_4、N_2O、O_3和CFC_s等微量气体的作用与CO_2相比还很小,但它们比CO_2在大气中的聚集速度快、滞留时间长,且保热力较强,因而它们所起作用的相对大小会随时间而增大。 另外,增温在赤道最小,随纬度增高而增大,在极地达极大值,但南北极增温不等,南极增温比北极大。     

谈谈CO_2的变化

大气中CO_2的容积含量一般为0.03％,即320PPm。从本世纪以来浓度已有了增加并在继续增加,增加速率还有增长的趋势,大气CO_2含量的增加主要是由于矿物燃料使用量增加(研究表明,大气中CO_2含量的增加大约相当于矿物燃料燃烧时放出的CO_2的50％),人类活动的增加和更多的开发利用也增加了CO_2的释放。     

北极CO_2波动幅度加大的原因

正CO_2水平随着季节的变化而波动,这根本没有什么神秘可言:绿色植物在春季和夏季生长,吸收了使地球变暖的温室气体;秋季,树木的叶子掉落,一些温室气体返回到大气中。但是,有一点科学家们搞不明白:自从20世纪60年代以来,北极高纬度地区的CO_2浓度在夏季和冬季之间的差异明显增大,有些地区的波动幅度高达25%。最近一次计算机模拟发现,北极地区长期的变暖趋势导致了该地区大片土地上的植物繁茂起来。长期的卫     

利用飞机探测的CO_2通量值制作生物量生产速率图的可能性

前言当植物进行光合作用时,植物从大气中吸取CO_2。它们对CO_2的利用率可作为光合作用速率的主要指标。如果植物周围的大气处于静止状态,那么CO_2的流动只是由分子扩散而引起。然而,CO_2通常总是由边界层     

肖塘地区夏季土壤CO2浓度日变化特征及影响因素

利用塔克拉玛干沙漠北缘流动沙漠—古河床过渡带肖糖地区2012年6—8月土壤40 cm深处CO_2 浓度和相关气象要素资料,对该区域的土壤CO_2 浓度变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:(1)肖塘地区夏季土壤40 cm深处CO_2 浓度的日变化过程中呈现出夜间低、白天高的单峰型,日最高值出现在18:00左右,最低值出现在6:30左右,浓度平均值保持在506.97~518.14 ppm之间;(2)随着土壤温度和土壤湿度的变大,土壤CO_2 浓度增大,两者呈显著正相关;(3)风速和土壤CO_2 浓度之间存在一定的滞后性;(4)大气压力对土壤CO_2 浓度变化产生显著影响,两者呈负相关。     

内蒙古地区典型草原下垫面CO_2通量变化特征及影响因素

基于内蒙古典型草原腹地锡林浩特国家气候观象台2007—2016年CO_2通量逐30 min观测数据及同时段气温、降水等资料,利用WPL方法对CO_2通量资料进行修正的基础上,对典型草原牧草不同时期CO_2通量的变化特征及影响因素进行统计分析。结果表明:(1)内蒙古典型草原CO_2通量存在明显的年际、季节和日变化特征,且表现为碳汇特征,尤以牧草生长季最为明显;CO_2通量呈夜间弱排放、白天强吸收的"U"型日变化,其中09:00—10:00最大;全年及生长季CO_2通量以吸收为主,夏季吸收最大,春季和秋季次之,冬季最小,甚至表现为弱排放。(2)牧草不同生长期气候要素对CO_2通量影响不同,其中返青期热量因子与CO_2通量呈负相关,水分因子为正贡献;开花期和枯黄期正相反,热量因子对CO_2通量为正贡献,水分因子为负贡献,且开花期热量与水分因子对CO_2通量贡献最显著。(3)生长季牧草NDVI与CO_2通量表现为负相关,且7、8月二者的相关性极高。     

OTC-1型开顶式气室物理性能的测试与评价

针对OTC-1型开顶式气室的物理性能进行了评价,结果表明:在不同CO_2浓度下,CO_2送入量控制稳定,气室内CO_2浓度的水平和垂直分布均匀。在通风和不通风两种情况下,气室内温度和湿度分布基本相近,碳过滤器的过滤效率显著。     

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。     

古气候的启示

回顾了近20～30年古气候的研究进展,包括下列问题:雪球和热力极大期、冰期-间冰期旋回、古季风、D/O循环和H事件、全新世季风、全新世气候突变、气候变化与古文明、近2000年的气候。研究表明,第四纪前的气候变化中CO_2起着重要的作用,但是在冰期-间冰期旋回中CO_2变化落后于温度变化。这说明虽然影响机制不同,但是温室气体和气候间有着密切的相互作用这一点则是可以肯定的。地球目前处于间冰期,面临着冰期来临的威胁。人类活动造成的气候变暖有可能推迟下一次冰期的到来。21世纪全球变暖仍将继续,人们可能做的、也是必须要做的,是尽可能地降低变暖的速率,以及可能达到的变暖峰值。     

气溶胶对利用近红外波段反演CO_2浓度精度的影响研究

近红外波段CO_2浓度反演误差主要与气溶胶散射作用引起的吸收光程改变量难以精确估计有关。此外,不同的气溶胶模式及下垫面反射率条件下吸收光程改变量也不尽相同。针对不同气溶胶模式条件下,忽略气溶胶散射对CO_2浓度反演精度的影响进行分析。研究发现,对乡村型、对流层型和海洋型气溶胶来说,忽略气溶胶散射效应,在暗地表时(反射率0.1)会导致CO_2浓度反演结果低估;当地表反射率超过0.1后,CO_2浓度反演结果均为高估,且随地表反射率的增加,反演误差增加。对城市型气溶胶模式来说,忽略气溶胶影响均会导致CO_2浓度反演结果低估,随地表反射率增加,反演误差递减。在典型观测几何下,地表反射率(1.6μm)和气溶胶光学厚度(0.55μm)在0.1~0.3范围内时,忽略气溶胶影响,城市型、海洋型、乡村型以及对流层气溶胶分别会引入-0.1%~-0.5%、0.22%~1.92%、0.09%~1.46%及0.02%~0.45%的反演误差。在利用GOSAT观测光谱对XCO_2(干燥空气下CO_2平均混合比)进行反演时发现,相比GOSAT发布结果(389.814ppm,1ppm=10~(-6)),基于地基实测气溶胶特性数据的XCO_2反演结果(390.95ppm)与地基观测结果(390.737ppm)有更好的一致性。     

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。     

景德镇地区大气CO2浓度变化特征

利用景德镇温室气体监测站CO_2观测数据,分析了景德镇地区2017年12月—2018年11月大气CO_2浓度变化特征,同时对其浓度进行了筛分,以剔除污染数据,使其更具区域代表性。研究表明:景德镇地区大气CO_2浓度昼降夜升,早上最高,傍晚最低;春季最高,秋季最低;春、夏季NNE、NE、ENE风向,秋季NE、ENE风向以及冬季W、WSW、SW、SSW、S风向上CO_2浓度较高。同时,春、夏和秋季大气CO_2浓度大致随风速的增加而不断降低,冬季风速对大气CO_2浓度无明显影响。筛分后数据显示景德镇地区年均大气CO_2浓度为422.1×10~(-6),浓度日均值年振幅73.96×10~(-6),夏半年CO_2浓度低于冬半年。     

塑料大棚辣椒增施CO2气肥高产高效气象研究

塑料大棚增施CO_2气肥,既能保证棚室蔬菜光合作用对CO_2的需要和提高光合效率,又是蔬菜保护地栽培的重要丰产措施。1995年10月至1996年6月在武汉市东西湖区蔬菜技术推广站种有辣椒的大棚内进行了增施和不施CO_2气肥对比试验。