大气CO2浓度非均匀分布及其对地表升温影响的研究进展与展望

在气候变化和全球治理挑战日益严峻的背景下,CO2排放及代价评估日益受到学术界和决策者的关注.当前全球范围包括联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)评估在内的几乎所有研究都是基于全球平均CO2浓度来驱动气候模式的,但基于全球CO2平均分布设定开展模拟影响评估在学术界多有争议.首先,综述了大气CO2非均匀分布的证据,评...     

全球温升1.5℃和2.0℃情景下中国降雨诱发地质灾害危险性和人口暴露度评估研究

气候变化情景下极端降水事件的频次和强度预估呈增加趋势,这会导致全球部分地区极端降雨诱发地质灾害风险的增加。本文基于中国降雨诱发地质灾害易发性模型和不同地貌分区的累积事件降雨量-降雨历时阈值曲线,采用最新的CMIP6全球气候模式多模式集合结果,基于全球温升目标情景的视角,从地质灾害空间易发性和发生频次两方面,探讨温升情景下中国地质灾害危险性的可能变化及其对暴露人口的潜在影响。结果表明,CMIP6多模式集合预估的多年平均降水在温升1.5℃和2.0℃情景下相比基准时期可能增加5.4%～9.5%,导致中等至极高地质灾害易发区范围预估增加0.33%～0.74%,由于预估的极端降水事件增加,地质灾害发生频次预估增加7.0%～11.2%,进一步综合未来人口空间分布,潜在地质灾害暴露人口可能增加6.20亿人次（18.90%）和4.26亿人次（12.97%）。各地貌分区未来情景下地质灾害危险性预估增加且存在显著的空间异质性,温升2.0℃情景下中等至极高易发性范围相比基准时期增加0.71%～1.28%,地质灾害发生频次预估增加1.2%～15.6%,其中,青藏高原区地质灾害危险性增加最明显。综合考虑未来人口...     

地理信息技术提升突发生物危害事件评估决策能力

正21世纪以来,在全球气候变化和经济全球化等多重背景下,传染性疾病、生物恐怖袭击、入侵生物等突发性生物危害事件给人群健康乃至国家安全带来巨大威胁,"生物疆域"安全与国家核心利益密切相关越来越受到各国政府的高度重视,许多国家把生物安全纳入国家战略,作为国防和军事博弈的制高点。威胁评估与辅助决策的可视化综合信息平台以及现场应急处置技术的集成优化是有效应对此类事件的核心能力。我国在该方向的研究薄弱、技术分散,尤其是缺乏集成现场信息、情景模拟、威胁评估、处置能力、辅助     

基于GNSS的地基增强系统信号质量监测阈值设计

针对载噪比和码/载波分歧监测量在信号质量监测(SQM)过程中出现的非高斯性导致阈值模型过于保守的问题,提出一种基于稳定分布的SQM监测量参数阈值算法.首先给出2种监测量基于高斯分布的阈值模型,然后推导基于稳定分布的监测量阈值模型,最后通过实测数据对稳定分布的阈值算法进行评估与验证.结果表明,稳定分布可更加准确地描述载噪...     

基于多智能体的城市洪涝灾害动态脆弱性计算模型构建

随着全球气候变化加剧和城市化进程的发展,暴雨洪涝灾害对城市社会经济活动造成的影响越来越严重。作为量化灾害影响程度、社会经济损失与风险评估的重要方法,城市洪涝灾害脆弱性研究对洪涝灾害风险管理与规划具有重要意义。目前,城市脆弱性的内涵进一步延伸,脆弱性指标体系不断丰富,所取得的研究成果能够反映一定时期内城市洪涝灾害脆弱性的整体特征,却无法同时有效地解决城市洪涝灾害脆弱性的空间非均匀性问题和动态计算问题。本文从脆弱性的动态特征出发,提出了城市洪涝灾害动态脆弱性计算方法,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型与面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型,形成了基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法。在NetLogo平台上,利用智能体模型对浙江省丽水市城区的动态脆弱性进行了仿真模拟。研究结果表明该模型有助于发现不同时空条件下城市存在的“脆弱区”,为城市洪涝灾害脆弱性的时空分异特征分析、区域脆弱性的精细化评价提供方法支撑,能够为缓解措施的实施和洪涝灾害的精细化管理提供有效指导。     

能量消耗均衡的水下传感器网络非均匀分簇算法

为了解决水下传感器网络节点分布不均导致各节点能量消耗不均的问题,提出能量消耗均衡的水下传感器网络非均匀分簇算法(EBUC).引入节点密集度权重函数,考虑节点剩余能量与密集度权重构建阈值函数,选择候选簇头,通过节点到基站距离和节点密集度权重构建竞争半径函数,选择最终簇头;考虑簇头到基站的距离和簇头剩余能量的通信半径函数,...     

武汉居民建筑物碳排放反演计算和时空分析

居民建筑物（民用住宅建筑物）碳排放对节能减排策略制定及城市可持续发展具有重要影响。针对目前城市碳排放计算方法尺度较大且缺乏居民建筑物碳排放一致性计算的问题,本文提出一种多源数据融合的城市居民建筑物碳排放定量计算方法。该方法首先采用自上而下的策略,结合夜间灯光图像,将武汉市居民碳排放总量分配到每个地块;然后采用自下而上的策略,构建由地块规划因子、社会经济因子以及单体居民建筑物形态因子组成的居民建筑物碳排放反演模型。论文使用该方法计算了武汉市所有单体居民建筑物的电能消耗碳排放量,研究结果表明：① 居民建筑物碳排放量在空间分布上呈现由中心城区向郊区不断递减的模式,和人口分布有着密切的关系;② 居民建筑物碳排放量分布具有异质性,呈现出长尾分布的特性,其中89%的居民建筑物的碳排放量低于平均值1.28 t,而11%的居民建筑物的碳排放量高于平均值;③ 同一地块上的居民建筑物碳排放量差异相对较小,地块之内平均标准差为7.66 t,而不同地块上的居民建筑物碳排放量差异相对较大,地块之间平均标准差达到51.30 t;④ 居民建筑物的碳排放量更容易受到规划因子中的容积率影响,社会经济因子中的人口密度影响,以及居民建筑物形态类型的影响。论文研究方法及相关研究成果可以为城市居住区可持续规划等问题提供决策支持。     

资源消耗大国的低碳谋略

随着全球人口和经济规模的不断增长,能源使用带来的环境问题及其诱因不断地为人们所认识,不止是烟雾、光化学烟雾和酸雨等的危害,大气中二氧化碳浓度升高带来的全球气候变化也已被确认为不争的事实。在这个大背景下,"低碳经济"作为一种新的经济发展形态被提了出来,并被专家认为是一场涉及生产方式、生活方式和价值观念的全球性革命。在近30年的高速发展之后,中国一跃成为世界上最大的资源消耗国和污染排放国之一。秉承对中国人民和全人类负责的态度,温家宝在哥本哈根气候大会上发言时表示,中国正处于工业化、城镇化快速发展的关键阶段,能源结构以煤为主,降低排放存在特殊困难,但仍始终把应对气候变化作为重要战略任务。十七大之后,与武汉城市圈一起,长株潭城市群被国家确定为"两型社会"试验区,并被赋予先行先试的政策创新权。所谓两型社会,是指"资源节约型"和"环境友好型"。作为以低能耗、低排放、低污染为基础的绿色经济,低碳经济被认为是工业革命、信息革命之后又一次改变世界经济的革命浪潮。这一经济模式,正与"两型社会"的理念不谋而合。低碳时代到来,湖南如何接招?可持续发展专家牛文元给了我们他的答案。     

基于动态模拟视角与共享社会经济路径的多情景县域可持续发展潜力评价

作为可持续发展的重要主题之一,科学评估县域可持续发展潜力是制定县域发展战略的基础。现有可持续发展潜力评估方法多是基于县域发展现状的多维度综合分析,在体现发展的动态性上仍存在不足。本文构建了面向联合国2030年可持续发展目标的县域可持续发展潜力指标体系,采用系统动力学和FLUS模型对发展潜力指标进行预测,提出了一种结合共享社会经济路径的多情景县域可持续发展潜力评估方法。本文以山东省招远市作为案例区,基于2009—2018年的社会经济以及土地利用数据,通过模拟2030年招远市基准情景、SSP1、SSP2、SSP3、SSP5共5种情景下的县域发展态势,对比评估了实验区可持续发展潜力的差异性。结果表明：(1)经济发展、居民福祉维度的多数指标在所有情景下均呈增长趋势,而生态维度指标则呈显著的下降趋势;(2)相比2018年,SSP1、SSP2情景下县域发展潜力均值分别提升了17.36%、9.80%,而在SSP3、SSP5情景下分别下降了0.50%、4.20%,可见,SSP1情景能够最大限度提升招远市发展可持续性,SSP5则将产生显著的负面影响;(3)招远市未来发展应持续优化SSP1路径,重点关注不...     

暖湿化下西北地区水体变化趋势遥感监测

水体是支撑西北地区生态环境健康与社会经济持续发展重要的地表环境要素。在气候变化与人类活动的综合影响下，西北地区水体的时空分布发生着显著的变化，并反过来影响着区域内社会经济的发展和生态环境的保护与建设。为深入认识气候变化背景下西北地区水体的时空变化规律，本文基于高分辨率全球地表水数据集(JRC Monthly History v1.3)，分析了2000—2020年西北地区水体面积及其空间分布的变化规律。从年内变化看，西北地区水体面积在6月和9月有较显著的扩张，而10月起随着区内水分来源的减少水体面积开始缩减。从年际变化看，自2000—2020年，西北地区水体面积从3.48×10⁴ km²增加到4.82×10⁴ km²，年变化率达到682.64 km²/a。其中，塔里木河沿线区域及青海省西部水体面积扩张较为显著。塔里木河、和田河、台吉乃尔湖、达布逊湖和青海湖等常年水体周围，水体面积持续增加。本文同时利用高分辨率气候再分析数据(CMFD)分析了西北地区气候变化对水体面积及其分布的影响...     

岩溶碳循环及碳汇效应研究与展望

碳酸盐岩风化是全球碳循环的重要组成部分,具有大气与土壤CO₂汇效应,受生态系统因子驱动与全球变化影响,岩溶地区碳汇具有地表和地下双碳汇特征。简要介绍岩溶碳循环与全球变化关系,论述岩溶碳汇的相关科学问题和主要进展,分析岩溶增汇潜力与土地利用变化,进一步提出基于岩溶关键带理念的碳酸盐岩风化过程概念模型。碳酸盐岩风化产生的碳汇可能是全球碳循环“遗漏碳汇”的贡献者,同时具有缓解土壤CO₂向大气释放的作用,进而成为全球碳循环模型中“土地利用变化项”(E_LUC)的重要调节者(减源效应)。碳酸盐岩风化过程能快速响应短时间尺度变化环境因子,是岩溶关键带中连接生物、水文与地球化学过程的核心驱动机制。岩溶碳循环可理解为是土壤-生态系统碳循环的延伸或横向组成部分,共同组成岩溶地区完整的陆地浅表层碳循环系统。碳酸盐岩风化对大气CO₂浓度上升的负反馈效应,石漠化治理与生态修复工程的持续推进,蕴藏着巨大的岩溶固碳增汇潜力。应加强土壤CO₂季节及其区域变化监测与研究,构建基于土壤CO₂...     

对流层中层与近地面大气二氧化碳浓度的比较研究

通过地基观测站点的实测数据,首次证实大气温室效应是由人为排放造成的,地表能量平衡受二氧化碳（CO₂）浓度水平的影响。因此,分析CO₂浓度时空分布特征,从而探究其源汇、控制其排放尤为重要。本文采用AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）对流层中层CO₂浓度数据及GOSAT（Greenhouse gases Observing SATellite）近地面CO₂浓度数据,对比研究了CO₂浓度在对流层中层及近地面的时空分布特征差异。结果表明,AIRS探测到的对流层中层CO₂浓度,在时空上普遍高于GOSAT探测到的近地面CO₂值,高值区位于30°~90°N,浓度多集中在390~395 ppm,这与AIRS探测的对流层中层CO₂浓度已充分混合相关;而GOSAT CO₂浓度高值区则位于热带、亚热带人口众多的地域,如非洲和中国东部沿海地区等人类活动活跃地带,这也表明GOSAT探测近地面CO₂的重要性,其可弥补地基站点测量在空间分布上的不足。本文进一步对比分析了CO₂浓度在海陆及南北半球的差异特征及影响原因,CO₂在海洋及陆地区域的平均浓度具有相似的时间波动特征,但其浓度在陆地几乎始终高于海洋,这与人类活动释放大量的CO₂密切相关。CO₂浓度在南北半球存在明显的差异,这是因为南半球的季节变化规律与北半球相反,且由于化石燃料燃烧及土地利用变化等主要集中在北半球,因而北半球CO₂浓度高于南半球。此外,本文还对NUCAPS（NOAA/NESDIS/STAR NOAA Unique CrIS/ATMS Processing System）反演得到的CrIS（Cross-track Infrared Sounder）CO₂柱平均浓度及廓线产品做了初步分析,发现其与AIRS、GOSAT CO₂分析结果一致。     

Impact of regional development on carbon emission: Empirical evidence across countries

Global warming is recently an urgent issue worldwide. The increase of carbon emissions induced by human economic activi- ties has become a major driving force behind global climate change. Thus, as a matter of social responsibility, reasonable carbon con- straints should be implemented to ensure environmental security and sustainable development for every country. Based on a summary of studies that examined the relationship between carbon emissions and regional development, this paper shows that human activity-led carbon emission is caused by the combination of several influencing factors, including population size, income level, and technical pro- gress. Thus, a quantitative model derived from IPAT-ImPACT-Kaya series and STIRPAT models was established. Empirical analysis using multivariate nonlinear regression demonstrated that the origins of growing global carbon emission included the increasing influ- encing elasticity of the population size and the declining negative effect of technical progress. Meanwhile, in context of classification of country groups at different income levels, according to the comparison of fluctuating patterns of the influencing elasticity, technical progress was found as the main factor influencing carbon emission levels in high-income countries, and population size might he the controlling factor in middle-income countries. However, for low-income countries, the nonlinear relationship between carbon emission and its influencing factors was not significant, whereas population growth was identified as an important potential driving force in future carbon emissions. This study can therefore provide a reference for the formulation of policies on carbon constraints, especially to de- velop more efficient carbon mitigating policies for countries at different income levels.     

Balancing Carbon Emission Reductions and Social Economic Development for Sustainable Development: Experience from 24 Countries

The impact of human carbon emissions on climate has generated widespread global concern. We selected 24 countries as research objects and analysed the changes in carbon emissions in different countries between the establishment of emission reduction actions in 1990 and 2014. Then, we selected 19 factors representing four categories(economy, population, technology and energy) to explore the key factors that led to changes in carbon dioxide(CO_2) emissions in different countries. Emission reduction actions since 1990 did not lead to marked improvements, and only five countries(Russia, Germany, the United Kingdom, Italy and France) achieved reductions in carbon emissions. The factors that influenced CO_2 emissions varied among countries. In most developing countries, reductions in CO_2 emissions were caused by reductions in poverty and inherent natural conditions. Moreover, the extent of influence of a given factor on CO_2 emissions differed among countries. The global economic crisis may cause similar fluctuations in CO_2 emissions in many countries. Adjustments to energy and industrial structures are the main reason for the reduction in carbon emissions, whereas economic growth and urbanization are the two major contributors to the growth of carbon emissions. According to historical carbon emissions data, a green energy revolution must be implemented to address global climate change and ensure the sustainable development of human societies.     

珠江口盆地CO2分布特征与成藏机制浅析

珠江口盆地多个凹陷均有钻井钻遇CO₂气体, 个别井钻遇的CO₂体积分数高达90%以上, 这些CO₂气体直接驱替了早期油藏或影响了油气充注规模, 增加了勘探风险。运用钻井数据、地球化学分析数据、重磁研究结果, 通过分析CO₂分布特征, 总结CO₂分布与断裂、火成岩的关系, 明确CO₂分布的主控因素, 预测珠江口盆地高CO₂风险带的分布。研究表明: 珠江口盆地对油气成藏有影响的CO₂主要为无机幔源成因, 受区域盖层和储层的控制, CO₂主要分布在上渐新统到下中新统地层及以下地层, 向上CO₂逐渐减少, 同时无机幔源CO₂分布明显受控于断裂体系, 与基底断裂和火成岩体具有较好的对应关系。无机CO₂气源主要为幔源岩浆的脱气作用, 垂向运移主要受不同级别断裂控制, 尤其该区深大断裂和基底长期活动断裂起到了很大作用, 因此幔源岩浆活动与断裂体系是CO₂汇聚的主控因素。由于珠江口盆地不同凹陷结构差异的影响, 幔源CO₂运聚成藏机制可概括为两类: 一是在北部坳陷带, 地壳厚度大, CO₂沿着深大断裂逐级向中上地壳运移形成"中转站", 然后在基底断裂的沟通下向浅层运移成藏; 二是在珠二坳陷, 由于地壳减薄作用, 并且发育拆离体系, 幔源岩浆首先到达拆离面, 脱出的CO₂沿着拆离面运移, 当遇到深切至拆离面的断裂后继续向浅层运移成藏。基于以上分析并结合运聚条件预测出珠江口盆地分布着7个高CO₂风险带, 这7个高CO₂风险带均位于深大断裂带附近, 并且周边火成岩较为发育。      

黑碳在全球气候和环境系统中的作用及其在相关研究中的意义

燃烧形成的黑碳粒子进入大气中可影响辐射平衡,导致全球气候变暖,其沉降在河流、湖泊、海洋、土壤等环境中对全球生物地球化学循环起到重要的作用,成为当前国际地球科学研究的热点问题。综述了黑碳的定义及排放、沉降、降解过程,并总结了其在现在及过去环境和气候系统中的重要作用与研究意义。黑碳是全球惰性有机碳库的重要组成部分,在全球慢速碳循环中发挥潜在作用。因其具有很强的吸光特性,它在区域气候变暖过程中扮演重要角色。沉降在不同地质载体中的黑碳难以降解,可以保存几百万年,为地质历史时期古气候和古环境重建研究提供重要信息。海洋沉积物过去数百万年的黑碳记录指示了天然火的演化信息,晚第四纪黄土剖面黑碳也指示了天然火的变化信息,最近千年的湖泊和冰芯黑碳记录既反映了天然火的信息,也指示人类活动的信号。未来黑碳研究应进一步关注标准测量方法,以真正理解黑碳在全球气候与环境系统中的作用。     

CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO₂与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统（EGS）渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO₂-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO₂基增强型地热系统CO₂-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO₂-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO₂-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO₂作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO₂的热动力学特征、换热效率,CO₂-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO₂-EGS经济性的因素,以及CO₂-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO₂-EGS的开发奠定基础。      

Simulating net carbon budget of forest ecosystems and its response to climate change in northeastern China using improved FORCCHN

As dominant biomes,forests play an important and indispensable role in adjusting the global carbon balance under climate change.Therefore,there are scientific and political implications in investigating the carbon budget of forest ecosystems and its response to climate change.Here we synthesized the most recent research progresses on the carbon cycle in terrestrial ecosystems,and applied an individual-based forest ecosystem carbon budget model for China(FORCCHN) to simulate the dynamics of the carbon fluxes of forest ecosystems in the northeastern China.The FORCCHN model was further improved and applied through adding variables and modules of precipitation(rainfall and snowfall) interception by tree crown,understory plants and litter.The results showed that the optimized FORCCHN model had a good performance in simulating the carbon budget of forest ecosystems in the northeastern China.From 1981 to 2002,the forests played a positive role in absorbing carbon dioxide.However,the capability of forest carbon sequestration had been gradually declining during the the same period.As for the average spatial distri-bution of net carbon budget,a majority of the regions were carbon sinks.Several scattered areas in the Heilongjiang Province and the Liaoning Province were identified as carbon sources.The net carbon budget was apparently more sensitive to an increase of air temperature than change of precipitation.