非饱和带二氧化碳入侵对表生植物及土壤的影响

非饱和带属于地球关键带,与人类生存环境及安全健康关系密切,而CO₂对生态环境及全球气候变化的影响至关重要。为了探索高浓度CO₂入侵非饱和带对生态环境可能带来的风险,基于长安大学水与环境原位试验场CO₂试验平台,向种植有5种典型植物（黑麦草、小麦、玉米、豌豆和苋菜）的土壤中长期注入浓度为5%、10%和15%的CO₂气体,评估CO₂入侵对植物和土壤的潜在影响。对表生植物及土壤样品（深度为20～30 cm）的理化性质分析表明:高浓度CO₂明显抑制了植物的生长,会导致植株高度、叶片数和果实重量下降;土壤矿相和理化性质也有微小变化,表现为土壤pH值的变化以及氮、有效钾、有效磷等的减少。通过分析植物的光合作用、渗透调节作用以及抗氧化系统的变化,不同的植物对CO₂胁迫表现出不同且复杂的响应,总体上C3单子叶植物黑麦草和C4单子叶植物玉米显示出比其他植物更高的敏感性,表明它们有潜力作为评估CO₂生态影响的指示植物。     

泄漏情景下碳封存项目的环境影响监测技术方法

CO2环境影响监测技术作为碳捕集、利用与封存(Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS)体系的重要组成部分,贯穿整个储存过程,决定着CCUS工程的成败,对CCUS工程的有效性、持续性、安全性及碳减排效果的评估发挥着举足轻重的作用.为确保碳封存项目安全可靠运行,需要对环境影响...     

未来百年全球气候变化分析

未来百年全球气候变化的影响是当前学术界激烈争议的议题,深入探讨全球气候变化的驱动机理才能正确认识全球气候变化.持续生长的青藏高原吸收了巨量的CO2,导致大气中CO2浓度大幅下降,使地球从温室气候进入到以冰期、间冰期交替出现为特征的冰室气候,青藏高原成为新生碳储库.在间冰期,青藏高原和蒙古高原将淡水输送到中低纬度内陆区(...     

近2 Ma BP以来地球轨道参数周期上全球海平面变化机制

海平面的变化往往对区域生态环境、社会经济造成严重影响.通过对全球相对海平面变化(relative sea level,简称RSL)记录的再分析结果,合成了近2 Ma BP以来的全球RSL变化记录,分析了合成RSL记录对原始RSL记录数理特征的继承性,并基于频谱、滤波等数理分析验证了合成RSL记录的合理性.在此基础上,讨论了合成RSL与大气CO₂浓度、中高纬度海域表层海水温度(sea surface temperature,简称SST)、全球大洋底栖氧同位素(δ18O_B)等参数指标间的相关性,结果显示:(1) 合成RSL不仅与原始RSL记录的变化趋势基本一致,继承了原始RSL记录对全球气候变化的响应特征,而且显示出合成RSL记录对地球轨道参数周期变化响应明显;(2) 近2 Ma BP以来,在冰期-间冰期旋回中,合成RSL与δ18O_B变化呈良好的负相关,相关系数r平均值可以达到约0.81,高于合成RSL与大气CO₂浓度及中高纬度海域SST变化的相关系数;(3) 在地球轨道参数周期上,合成RSL与极地冰盖体积(δ18O_B)的变化几乎同时,在偏心率周期上,合成RSL落后于SST和大气CO₂浓度变化;在斜率周期上,合成RSL落后于SST变化而领先于大气CO₂浓度变化.推测这些变化的诱导因素可能是在太阳辐射量改变的前提下,大气CO₂浓度及大洋SST变化对极地冰盖体积产生了差异影响,进而引起海平面发生变化.      

三峡澎溪河水域CO2与CH4年总通量估算

以2010年6月~2011年5月三峡澎溪河回水区CO₂与CH₄通量监测数据为基础,参考澎溪河高阳平湖水域全年4次的24 h昼夜连续跟踪观测结果,对每月各采样点的日通量值进行估算。提出了水下地形划分法和环境因素控制法,将各采样点日通量数据外延至整个回水区水域,并估算了澎溪河回水区水域CO₂与CH₄年总通量值。研究期间,澎溪河回水区全年各采样点CO₂通量均值为(3.05±0.46)mmol/(m2·h);CH₄为(0.050 1±0.009 6)mmol/(m2·h)。以水下地形法为基础,该水域全年CO₂和CH₄总通量分别为40 060.5 t和540.9 t;以环境因素控制法为基础,全年CO₂与CH₄总通量分别为39 073.0 t和467.2 t。以环境要素控制法为参考,该水域CO₂全年平均释放强度为43.26 mmol/(m2·d),在全球水库数据序列中处于中等略偏高水平,CH₄全年平均释放强度为1.42 mmol/(m2·d),在全球水库序列中处于中等水平。     

气候变化对中国农业温度阈值影响研究及其不确定性分析

气候变化影响的温度阈值已经成为国际谈判的焦点问题。利用区域气候模式和作物模型相连接的方法,在50 km×50 km的网格尺度上模拟了IPCC (International Panel of Climate Change) SRES (Special Report on Emissions Scenarios) A2和B2情景下2011—2040年、2041—2070年和2071—2100年我国3种主要粮食作物（水稻、小麦和玉米）的平均单产变化情景,结合同时段的中国地区温度升高状况分析了造成我国主要粮食作物产量持续下降的升温阈值,并对阈值研究中的不确定性进行了初步分析。结果表明：如果同时考虑升温和CO2的肥效作用对作物的影响,目前预测的气温升高范围（0.9～3.9℃）中将不存在威胁我国粮食生产的温度阈值;而如果仅考虑升温对作物的影响时,全国平均温度升高2℃以后,将导致我国粮食单产水平的持续下降,威胁未来的粮食生产;气候变化适应措施如充分灌溉、播种期的调整和品种更替对阈值的确定有一定的影响,如单考虑充分灌溉可以使上述升温阈值延后到2.5℃左右,而播种期的调整和品种的更替也会对产量和产量变率造成一定的影响,进而调整温度阈值;目前研究的不确定性主要来源于情景、方法和适应措施3个方面。     

超临界CO2注入煤层对顶板岩石纵波速度及力学响应特征研究

深部煤层CO₂地质封存与CH₄强化开采(CO₂–ECBM)技术在提高煤层气采收率的同时可实现碳减排,具有能源和环境双重效益。超临界CO₂(ScCO₂)、水和煤层顶板之间的地球化学反应可改变其物理力学性质,增加CO₂泄漏的风险。以沁水盆地胡底煤矿3号煤层顶板岩石为研究对象,开展“ScCO₂–水–岩”地球化学反应模拟实验,探讨CO₂煤层封存条件下ScCO₂–水–顶板岩样地球化学反应过程及其对岩石纵波速度和力学性质的影响。结果表明:ScCO₂–水–岩之间化学溶蚀反应造成岩样Ca、Mg元素显著降低,促使岩样表面形成孤立状溶蚀孔,并随着反应时间的持续,进而形成大量的“溶蚀坑”和“溶蚀缝”;增加了岩样结构不连续性,使得声波传播路径增大、能量损失加剧,导致纵波波速降低;ScCO₂–水–岩反应后岩样的峰值强度和弹性模量降低,泊松比升高,且三者之间的变化率与反应时间之间呈现Logistic函数的变化关系。对于胡底煤矿而言,ScCO₂–水–岩反应过程中顶板力学性质的弱化不足以造成盖层的破裂和CO₂泄漏,但在评价煤层CO₂封存安全性时,还应考虑煤层吸附膨胀应力对顶板的影响。      

气候变化、土地利用/覆被变化及CO2浓度升高对滦河流域径流的影响

在构建分布式水文模型与生物地球化学模型的耦合模型（DTVGM-CASACNP）及应用元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）土地利用预测模型基础上,以滦河流域为例分析气候变化、土地利用/覆被变化（LUCC）及CO₂浓度升高对径流的影响。研究结果表明: DTVGM-CASACNP耦合模型以及CA-Markov模型在滦河流域均具有较好的适用性;气候变化与土地利用/植被覆盖变化对滦河流域径流的影响较CO₂浓度升高的影响程度大;未来不同情景下滦河流域2020—2049年径流呈减小趋势,大部分情景下年径流较基准年减少,与非汛期相比,滦河流域未来汛期径流对不同情景更敏感,总体上在汛期径流相对基准年减少,而在非汛期径流相对基准年增加。     

Progress of Tracing Fossil Fuel CO2 by Radiocarbon in Chinese Cities

The main cause of increase in atmospheric CO₂ concentration is the carbon emissions from fossil fuel combustions and so on. Cities are regarded as the hot spots of carbon emissions. On the basis of obtaining the levels and spatial-temporal variation characteristics of atmospheric fossil fuel CO₂ （CO_2ff）， we can provide scientific data for government policy-making and international negotiations on carbon reductions. In the recent ten years， some important progresses have been achieved in the study of tracing urban atmospheric CO_2ff using ¹⁴C by Chinese scientists. The variation characteristics of urban CO_2ff at different temporal and spatial scales were obtained through the analysis of ¹⁴C in air， tree ring and annual plant samples. Our results show that the northern cities are the key points to reduce carbon emissions， and that the CO_2ff emissions can be reduced simultaneously by controlling atmospheric pollutant emissions， indicating a synergistic emission reduction. It was found that CO_2ff in Xi'an was mainly from local coal-burning emissions with the use of improved WRF-CHEM model and δ¹³C. Finally， the yearly CO_2ff traced by tree-ring ¹⁴C in Xi'an showed similar trends and amplitudes with the statistical data of carbon emissions， which indicates that the ¹⁴C tracing method and statistical method can be mutually validated to ensure the reliability of the data. In order to promote the ¹⁴C trace study to serve the national carbon emission reduction task， we suggest that the urban atmospheric Δ¹⁴CO₂ observation network should be established as soon as possible， and that this study should be enhanced with more scientists involved in it and more financial resources to support it.     

CO2矿化研究现状及应用潜力

CO₂浓度急剧上升成为一个很严峻的问题,因此,降低大气CO₂浓度成为当务之急.目前涉及的方案中的海洋封存、地质封存,虽封存潜力巨大,但带来的负面影响也不容小觑.CO₂矿化利用实质是模拟自然界岩石化学风化,作为一种新兴的减排方案,既能固定大气CO₂,生成具有工业附加值的碳酸盐产品,又能实现环境友好.能够矿化利用的原材料包括天然富钙、镁硅酸盐矿物,工业碱性废固、液,盐湖中的氯化镁资源等,矿化利用的方法也不尽相同.虽然硅酸盐岩的风化是如何控制长时间尺度的气候变化的机制还没有定论,但风化过程中具有固定大量CO₂的潜力这一认识已达成共识.对含有大量硅酸盐矿物的尾矿矿化CO₂的研究是目前的热点,介绍了尾矿矿化CO₂的研究现状及几种重要尾矿矿物的矿化应用潜力.      

陆生植物氮同位素组成与气候环境变化研究进展

近年来,由于植物氮同位素组成(δ15N)记载了气候环境变化的信息,因而被广泛应用于全球变化研究中,成为古气候环境再造和了解现代气候环境变化信息的有力工具。然而,人们对气候环境引起的δ15N变化及其指示的气候环境意义并不完全清楚,这就有可能限制植物δ15N在古气候环境变化等领域研究中的应用。在概述植物氮同位素分馏和植物不同氮源的氮同位素分布的基础上,分析了温度、降水、大气CO2浓度和海拔高度等气候环境因子对陆生植物δ15N的影响以及它们的关系。指出了目前研究中存在的问题及其研究前景,认为在全球变化研究中利用植物氮同位素技术不仅可以重建古气候环境(如重建大气CO2浓度变化),揭示历史时期温度、降水的变化,而且还可以在一定的时间和空间上综合反映生态系统氮循环的特征。     

CO2地质封存盖层密闭性研究现状与进展

CO₂地质封存是应对全球性气候变化、减排温室气体的关键技术之一。大规模CO₂注入地层容易出现泄漏问题,尤其是通过盖层的泄漏,包括毛细管泄漏、盖层水力破裂和沿盖层既有断层的泄漏等。因此,盖层密闭性评价对CO₂地质封存长期安全稳定性的预测至关重要的。通过对密闭机理、影响因素、破坏模式等影响CO₂地质封存盖层密闭性的研究现状进行总结,发现盖层密闭机理包括毛细管封闭、水力封闭和超压封闭,影响盖层密闭性的主要因素有盖层岩性、盖地比特征、盖层厚度、盖层岩石力学性质和封存压力,进而对CO₂注入过程中盖层密闭性的破坏模式进行评价,并对盖层密闭性研究的不足提出了一些见解。     

气候变化对湖泊蓝藻水华的影响研究综述

在全球气候变化的影响下,湖泊蓝藻水华面临着规模扩张、频率增加和持续时间延长的发展趋势,严重威胁着湖泊生态系统服务功能和人体健康。系统阐述了外部环境因子和内部生理生态特征对湖泊蓝藻水华发生的作用机制,探讨了气温升高、CO₂浓度增加、极端气候事件频发对湖泊蓝藻水华发生机制的影响途径和过程,初步搭建了以“机理解析—模型构建—模拟预测—风险评估”为主线的气候变化对湖泊蓝藻水华的影响研究框架,并提出了应对气候变化的湖泊蓝藻水华防控策略。针对目前研究存在的问题,从大数据监测平台搭建、机理模型构建及风险预测、营养盐控制标准制定、防控政策制定等方面提出了未来研究的重点方向,以期为湖泊蓝藻水华的综合防治提供科学支撑。     

世界气候变暖及二氧化碳埋存现状与展望*

由于CO₂大量排放而引起的全球气候变暖问题日趋严峻。21世纪环境保护受到国际社会高度关注,全球气温上升控制目标比工业革命前水平高2 ℃以内,因此必须采取积极有效措施。捕获和埋存废气中的CO₂是避免气候变化的有效途径之一,同时要求CO₂须埋存几百或几千年。埋存对环境产生的影响最小、成本较低且遵守国际法规。CO₂地下埋存的主要场所是枯竭的油气藏、深部的盐水储集层、不能开采的煤层和深海等。CO₂地下埋存可应对因能源需求增长和CO₂排放量增加带来的挑战,必将为全球资源及环境的高水平、高效益开发和可持续发展提供理论及实践依据。     

高压下深海碳循环的过程及其对生命活动的影响

目前约25%化石燃料来源的CO2被海洋吸收,缓解了人类活动对气候变化的影响。海洋通过多个概念的碳泵将大气中的CO2输送到深海。深海高压和低温的特点有利于CO2溶解,目前已经储存了相当于大气含量50倍的无机碳,另外,深海沉积物中还储存有大量甲烷水合物。认识深海中的碳循环过程,对于保护海洋固碳能力、开发固碳潜力有重要意义。总结了国内外在海洋碳库、碳输送研究方面的进展,重点讨论了深海C元素转化循环的过程以及高压对生命活动的影响。微生物驱动了深海碳循环,大部分浮游植物所包含的有机碳在沉降过程中被微生物矿化成CO2以及转化为难降解的有机碳,使深海成为巨大的、长周转时间的有机碳库; 高压能提高古菌甲烷厌氧氧化的活性,提升屏蔽海底甲烷释放的能力,同时,高压下氧化甲烷的过程中不仅产生碳酸氢盐,还产生可支持异养生物的乙酸,因此,全球甲烷厌氧氧化的通量可能被低估; 高压下细胞代谢额外产生的氨,可作为氨氧化古菌固定无机碳的潜在能量来源。总之,研究现在以及未来的人类活动对深海碳循环过程的影响以及环境效应,评估应用深海作为地球工程技术平台封存CO2的可能性,都迫切需要加深对碳循环在内的深海元素循环的认识。     

The Impact of China’s Investment on Economic Growth and Carbon Emission Intensity in the “Belt and Road”

Increasing green investment is one of the important ways to promote sustainable development in the Belt and Road (B&R) region. We predicted the effects of China’s investments on the CO₂ emission patterns in B&R areas under the scenarios of No-Investment (NIS), Business-as-usual Investment (BIS) and the Strengthening Investment Scenario (SIS) based on the improved Solow model and a CO₂ intensity model. The results reveal that the GDP of B&R region will cumulatively increase by 45.16 and 97.02 trillion USD, and the CO₂ will cumulatively decrease by 44.16 and 79.47 Gt by 2100, respectively, under BIS and SIS, compared with NIS. The cumulative decrease of CO₂ emissions, 44.16 and 79.47 Gt, will lead to global CO₂ concentration decrease by approximately 2.41 mL/m³ and 4.33 mL/m³ in 2100, respectively. Regionally, China’s investments have the most obvious role in promoting the economic development and CO₂ emission reductions of Southeast Asia and its surrounding areas. In the short term (2017-2050), China's investment may lead to a small increase in CO₂ emissions in Southeast Asia and its surrounding areas, India and the Central and Eastern Europe, but in the long term (2017-2100), China's investment will promote the reduction of CO₂ emissions in all regions, especially in Southeast Asia and surrounding areas and the Middle East Central Asia region. This shows that China's investment is conducive to promoting the green development of the B&R regions.     

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

CO2地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

CO₂地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO₂减排效果,推行CO₂地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO₂地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO₂地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO₂地质封存与利用示范工程案例,并对CO₂地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO₂地质封存与利用方式主要包括CO₂驱油封存、CO₂驱替煤层气封存、CO₂咸水层封存、CO₂枯竭油气藏封存、CO₂驱替页岩气封存、CO₂深部咸水层封存与采水、CO₂封存与增强型地热发电、CO₂封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO₂驱油封存、CO₂咸水层封存以及CO...     

高压条件下CO2对页岩微观孔隙结构影响及其在页岩中的吸附特征

为了解高压条件下二氧化碳（CO₂）对页岩微观孔隙结构改造及吸附行为,以四川盆地焦页6井页岩为研究对象,通过低温N₂吸附和重量法等温吸附实验,研究了不同温压条件下CO₂处理前后的页岩微观结构特征及CO₂在页岩中的吸附行为.研究表明随处理温度升高,CO₂作用后的页岩比表面积呈下降趋势,平均孔径和孔体积呈上升趋势,微孔、中孔比例减少,宏孔比例增大.CO₂会改变页岩孔隙结构,改变程度与温度呈正相关关系.研究同时表明页岩对CO₂的过剩吸附量随压力增大而增加直至达到最大值,后随压力增大而减小;绝对吸附量随压力增大而增加,在40 MPa之后,吸附量趋于稳定.页岩对CO₂的吸附行为与温度压力有关,在高压条件下,Langmuir模型依然能较好地拟合CO₂在页岩中的吸附.      

典型电厂海洋CO2地质储存场地选址适宜性评估

我国华东和东部沿海地区分布有大量的火电、水泥和炼油等CO₂排放源,但由于距离陆域大中型沉积盆地较远,限制了规模化的深部咸水层CO₂地质储存工程选址。本文以华能玉环电厂为实例,开展了东海陆架盆地瓯江凹陷场地选址适宜性评估。通过瓯江凹陷CO₂地质储存地质条件分析,初步圈定出了发育有利储盖层的目标靶区,并依次开展了地质安全性和经济适宜性分析。利用碳封存领导人论坛潜力评估公式,计算了目标靶区推荐储层的单位面积储存潜力;并在构建综合储集条件、地质安全性条件和经济适宜性条件的指标体系基础上,开展了GIS多源信息叠加评估,在丽水西次凹内筛选出两处较好的场地。研究对开展该区海域CO₂地质储存选址具有一定的探索意义。