国际温室气体减排方案评估及中国长期排放权讨论

本文对IPCC,UNDP和OECD等7个全球CO2减排方案做了模拟,发现在分配2006～2050年各国排放权时,这些方案不但没有考虑历史上（1900～2005年）发达国家的人均累计排放量已是发展中国家7．54倍的事实,而且还为发达国家设计了比发展中国家大2-3～6．7倍的人均未来排放权,这将大大剥夺发展中国家的发展权益．由此本文明确指出：IPCC等方案违背了国际关系中的公平正义原则,也违背了“共同但有区别的责任”原则,因此没有资格作为今后国际气候变化谈判的参考．本文同时预测了中国在强力推动低碳技术应用情景下2006～2050年的排放预期,并将此结果同全球其他国家和国家集团作了比较,发现即使在450～470ppmv这样严格的大气CO2浓度控制目标下,中国亦有足够的逻辑和道义支持,获得与这个预期相当的排放权．     

“八国集团”2009意大利峰会减排目标下的全球碳排放情景分析

＂八国集团＂（G8）于2009年7月在意大利举行的峰会上,提出2050年全球温室气体排放削减50%,其中发达国家削减80%的目标（简称＂G8目标＂）.本研究设置4种碳排放情景,对＂G8目标＂的内涵以及科学性、公正性和可行性进行了分析.结果表明：（1）将2050年的大气CO2浓度控制在450ppmv以内的唯一情景是：全球发达国家和发展中国家都于2005年开始均匀减排至2050年,且满足＂G8＂全球减排目标.在现实条件下,这种情景是不可能发生的.（2）发展中国家即便遵从极为苛刻的排放路径,＂G8目标＂仍不能满足其排放需求：在＂G8目标＂约束下,未来45年发展中国家将短缺1/3以上的排放需求量.（3）按＂G8目标＂,在2006~2050年期间,发达国家和发展中国家的人均累计排放量分别为81吨碳和40~47吨碳,前者约为后者的2倍;而历史上,发达国家的人均累计排放量已是发展中国家的12倍.基于上述结果,得出如下结论：（1）＂G8目标＂企图把发展中国家纳入减排框架,这不仅会阻滞发展中国家的工业化进程,也将导致发展中国家阵营内部因分解减排责任而产生矛盾,甚至发生分化;（2）＂G8目标＂限制了发展中国家的碳排放,不仅延续了发达国家与发展中国家历史时期的排放不平等,而且进一步加剧了未来排放的不平等,是对发展中国家的严重不公平;（3）作为＂G8目标＂理论依据的450ppmv大气CO2浓度的控制阈值不现实,缺乏可行性.总之,＂G8目标＂背离了＂共同但有区别的责任＂原则,是发展中国家所不能接受的.     

太湖上游流域经济发展对废水排放及入湖总磷的影响

为探索太湖流域水环境质量随经济发展的变化趋势,利用环境库兹涅茨曲线模型模拟1978-2012年太湖上游流域人均GDP与废水排放量、入湖总磷负荷的关系.结果表明:以1978年为计算基期,太湖上游流域人均GDP年均增速为10.3%~11.8%;1990-2012年,太湖上游流域年均工业废水排放量和废水排放总量分别为64799×104、93707×104t,与人均GDP均呈倒U型关系,从2006-2007年、2008-2009年呈下降趋势;入湖总磷负荷与太湖上游流域废水排放总量呈显著正相关,且与人均GDP呈倒U型关系,从2007-2008年呈下降趋势,在1990s以前为850~1200 t/a,1990s以后为1300~2000 t/a.该研究为从经济学角度评估太湖上游流域废水排放、入湖总磷负荷及其变化趋势提供科学依据.     

7^Be和210^Pb观测示踪研究瓦里关山近地面O3和CO2浓度变化

根据2002年10月～2004年1月在青海瓦里关山全球大气本底站（101.898°E,36.287°N,3810ma.s.l.）近地面空气7Be,210Pb,O3和CO2的周平均浓度数据,建立这4种组分相邻周浓度差（分别以Δ7Be,Δ210Pb,ΔO3和ΔCO2表示）数据序列,以此示踪研究高层大气向下输送和陆地地表排放这两个过程各自对瓦里关山近地面O3和CO2浓度变化的影响.结果表明,与使用直接周浓度数据的示踪结果相比,浓度差的引进降低了大气气溶胶季节性湿沉降对7Be和210Pb示踪信号的干扰,较清晰地揭示了瓦里关山站近地面O3和CO2各自浓度变化的物理机制.Δ7Be与ΔO3的关系表明瓦里关山近地面O3显著地受到高层大气向下输送影响;Δ210Pb与ΔCO2关系则表明陆地地表排放对近地面CO2浓度变化有着明显的贡献.Δ210Pb与ΔO3关系也反映出地表排放在冬、夏季对瓦里关山近地面O3浓度变化不同的影响,Δ7Be和ΔCO2关系则反映了来自高层大气向下输送在夏季（冬季）是增加（减低）瓦里关山近地面CO2的浓度.根据对7Be和O3的观测,本文推算月平均平流层输送到瓦里关山近地面O3浓度在4月和6～8月为（6.0～8.0）×10-9（体积混合比,下同）,而其余月份稳定在（2～4.0）×10-9;在瓦里关山近地面O3本底浓度的构成中,平流层贡献5～7月份为20×10-9左右,而在其余月份在（12～15）×10-9,总体上相对贡献率为35%～40%.     

中国不同排放情景下人为气溶胶的气候效应

本文利用区域气候模式RIEMS2.0(Regional Integrated Environmental Model System)和2006年以及2020年三种排放情景下的排放资料,研究了2006年气候背景下的人为气溶胶的浓度分布特征及辐射效应,估算了未来不同排放情景下人为气溶胶的主要成分硫酸盐、硝酸盐、黑碳、有机碳(含二次有机碳)的综合气候效应.结果表明:(1)2006年中国地区人为气溶胶浓度硫酸盐>有机碳>硝酸盐>黑碳,其区域柱浓度平均值分别为6.0、4.0、1.3和0.3 mg/m².(2)2006年硫酸盐、硝酸盐、有机碳和黑碳的平均辐射强迫分别为-1.32、-0.60、-0.40和0.28 W/m².硫酸盐、硝酸盐和有机碳的负辐射强迫超过黑碳的正辐射强迫,人为气溶胶总辐射强迫为-1.96 W/m².(3)人为气溶胶的辐射效应及引起的地面气温变化对排放源非常敏感,未来采取不同排放政策导致的人为气溶胶的含量及辐射效应有较大差异.在未来排放增加的情景下,各区域的气溶胶浓度、辐射强迫、气温下降幅度和降水减少幅度也相应加大.     

我国4个国家级本底站大气CO_2浓度变化特征

CO2是影响全球温度的主要温室气体,其浓度变化状况能反映出不同区域大气受自然和人为活动影响的程度.以中国气象局青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级大气本底站为研究基地,每周一次进行Flask瓶采样/实验室非色散红外吸收法CO2浓度分析.根据2006年9月~2007年8月期间观测资料,并结合瓦里关长期在线观测数据处理经验,对大气CO2采样分析数据本底浓度筛选方法进行了初步探讨,并对我国4个典型区域大气CO2本底浓度特征进行了探索性分析,可以为深入了解我国典型区域温室气体浓度现状奠定基础.结果表明:观测期间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山站大气CO2浓度水平分别为383.5,385.9,387.8和384.3ppm.瓦里关站大气CO2浓度变化较为平稳;而上甸子和临安两个区域本底站分别受到京津塘经济圈和长三角经济圈人类活动的显著影响,浓度波动较大;龙凤山站由于受到植被光合作用和人类活动的综合影响,大气CO2浓度季节变化规律最为明显.     

南亚热带森林土壤CO2排放的季节动态及其对环境变化的响应

应用静态箱/气象色谱法对南亚热带3种森林土壤地表CO2排放通量的季节动态及其对环境变化的响应规律进行了2年的连续观测,结果表明季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林(S+L)CO2年排放总量分别为3942.2,3422.36和2163.02 gCO2·m-2·a-1,并且3种林分具有相同的季节性变化特征,排放高峰均出现在6～8月,这期间的土壤CO2排放量占全年排放总量的35.9%,38.1%和40.2%;不同森林土壤CO2排放过程对环境变化的响应有明显差异,具体体现在针叶林(PF)对温度变化的响应较阔叶林(BF)和混交林(MF)敏感,Q10值较大,而且CO2排放通量的季节变化幅度较大,表明结构单一的森林生态系统抗干扰能力较差;3种森林土壤CO2排放通量与土壤温度(Ts)、土壤含水量(Ms)和空气压力(Pa)均呈显著相关;但多元回归分析表明,空气压力对森林土壤CO2排放通量的影响并不显著;基于经验模型,以土壤5 cm处温度和土壤含水量两个指标可以分别说明阔叶林、混交林和针叶林土壤CO2排放通量变异的75.7%,77.8%和86.5%,该模型可以较好地描述受水分胁迫的土壤或干旱或半干旱土壤CO2的排放过程.     

南亚热带森林土壤CO_2排放的季节动态及其对环境变化的响应

应用静态箱／气象色谱法对南亚热带3种森林土壤地表CO2排放通量的季节动态及其对环境变化的响应规律进行了2年的连续观测,结果表明:季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林(S L)CO2年排放总量分别为3942．2,3422．36和2163．02 gCO2．m-2·a-1,并且3种林分具有相同的季节性变化特征,排放高峰均出现在6～8月,这期间的土壤CO2排放量占全年排放总量的35．9％,38．1％和40．2％:不同森林土壤CO2排放过程对环境变化的响应有明显差异,具体体现在针叶林(PF)对温度变化的响应较阔叶林(BF)和混交林(MF)敏感,Q10值较大,而且CO2排放通量的季节变化幅度较大,表明结构单一的森林生态系统抗干扰能力较差;3种森林土壤CO2排放通量与土壤温度(Ts)、土壤含水量(Ms)和空气压力(Pa)均呈显著相关;但多元回归分析表明,空气压力对森林土壤CO2排放通量的影响并不显著;基于经验模型,以土壤5 cm处温度和土壤含水量两个指标可以分别说明阔叶林、混交林和针叶林土壤CO2排放通量变异的75．7％,77．8％和86．5％,该模型可以较好地描述受水分胁迫的土壤或干旱或半干旱土壤CO2的排放过程．     

金沙大气本底站反应性气体本底浓度及长距离输送的影响

对金沙大气本底站在2006年6月至2007年7月之间获得的O3,CO,NOx,SO2浓度的频率分布进行Lorentz多（单）峰曲线拟合,得到4个不同季节下不同的峰值浓度.这些峰值浓度代表着不同过程作用下的本底浓度水平.将这些峰值浓度与相应的总体平均值（中值）浓度比较,讨论了后者在代表本底浓度水平的可行性和局限性.在某些情况下,大气污染物的平均值（中值）浓度可在一定程度上代表该地区的本底浓度,但由于受污染物输送等因素的影响,总体平均值（中值）浓度往往低估或高估了本底浓度.本工作利用HYSPLIT轨迹模式计算了观测期间的气团后向轨迹,通过聚类-气体浓度关联分析法取得了各类轨迹的空间分布、季节变化特征以及对应的O3,SO2,NOx和CO平均浓度水平,并进一步通过滤掉污染物固有的季节变化,取得了不同气团来源对金沙站污染物浓度水平相对影响的信息.结果表明：金沙站可用于研究受长三角、中南地区、江汉平原及其北部地区排放影响的不同气团来源的大气本底信息;来自其南面的华中、华南地区和长三角西部地区的气团对其近地面O3的贡献显著;来自其北至东北方向的江汉平原、黄淮平原和华北平原地区,以及其南面的中南地区的气团对其SO2,CO和NOx的贡献显著;来自海洋的长距离输送气团对局地污染物起清洁作用;来自西北的长距离输送气团常带有自由大气的特征（高O3浓度,低CO,NOx浓度和相对湿度）,但却带着相对高浓度的SO2.     

大气CO_2浓度变化与生物群系气候异常之间的关联分析

自工业革命以来全球化石燃料燃烧释放到大气中的CO2持续升高,但大气中CO2的增长速率却并没有相应地增加.造成这种差异的原因,尤其是造成大气CO2浓度年际变化的驱动因素以及其空间位置,目前还存在很大的争议.基于全球气候数据及相关的遥感数据,对1986~1995年大气CO2浓度增长速率(CGR)与生物群系气候异常之间的关联进行了分析.结果表明:常绿阔叶林、C4森林草地、C4草地以及针叶林与林地这4种生物群系是主要的气候异常敏感区域,其碳源/碳汇的年际变化影响着大气CO2浓度的增长速率.虽然这些影响在特征和数量上存在差异,但它们有时也会对大气CO2浓度增长速率表现出共同的作用.如厄尔尼诺年(1987年)大气CO2浓度的增长速率非常大,而造成这种现象的原因是热带生物群系(常绿阔叶林、C4森林草地、C4草地)对于厄尔尼诺年温度变化的响应.     

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力（NPP）、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力（NEP）对SRES B2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应。研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降。至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源。在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94Gt C·a^-1增加到21世纪末的3.99Gt C·a^-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3Gt C.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零。     

我国4个国家级本底站大气CO2浓度变化特征

CO2是影响全球温度的主要温室气体,其浓度变化状况能反映出不同区域大气受自然和人为活动影响的程度．以中国气象局青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级大气本底站为研究基地,每周一次进行Flask瓶采样／实验室非色散红外吸收法CO2浓度分析．根据2006年9月～2007年8月期间观测资料,并结合瓦里关长期在线观测数据处理经验,对大气CO2采样分析数据本底浓度筛选方法进行了初步探讨,并对我国4个典型区域大气CO2本底浓度特征进行了探索性分析,可以为深入了解我国典型区域温室气体浓度现状奠定基础．结果表明：观测期间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山站大气CO2浓度水平分别为383．5,385．9,387．8和384．3ppm．瓦里关站大气CO2浓度变化较为平稳;而上甸子和临安两个区域本底站分别受到京津塘经济圈和长三角经济圈人类活动的显著影响,浓度波动较大;龙凤山站由于受到植被光合作用和人类活动的综合影响,大气CO2浓度季节变化规律最为明显．     

大气CO2浓度变化与生物群系气候异常之间的关联分析

自工业革命以来全球化石燃料燃烧释放到大气中的CO2持续升高,但大气中CO2的增长速率却并没有相应地增加。造成这种差异的原因,尤其是造成大气CO2浓度年际变化的驱动因素以及其空间位置,目前还存在很大的争议。基于全球气候数据及相关的遥感数据,对1986-1995年大气CO2浓度增长速率（CGR）与生物群系气候异常之间的关联进行了分析。结果表明：常绿阔叶林、C4森林草地、C4草地以及针叶林与林地这4种生物群系是主要的气候异常敏感区域,其碳源,碳汇的年际变化影响着大气CO2浓度的增长速率。虽然这些影响在特征和数量上存在差异,但它们有时也会对大气CO2浓度增长速率表现出共同的作用。如厄尔尼诺年（1987年）大气CO2浓度的增长速率非常大,而造成这种现象的原因是热带生物群系（常绿阔叶林、C4森林草地、C4草地）对于厄尔尼诺年温度变化的响应。     

青藏高原高寒草原生态系统土壤CO_2排放及其碳平衡

青藏高原海拔高,气压低,太阳辐射强,气候寒冷,其主体部分为海拔4000m以上的高寒地区.由于严酷的自然条件的限制,对高海拔地区的土壤CO2排放的研究非常少,尤其对海拔4500m以上的高寒草原生态系统土壤的CO2排放研究更不多见.本试验采用静态箱式法,通过对高原高寒草原生态系统(西藏:班戈县,90.01°E,31.23°N,海拔4800m)土壤CO2排放的2周年的定点观测,结果表明:青藏高原高寒草原生态系统土壤CO2排放的日变化呈现单峰曲线,CO2排放最高点出现在当地时间的14︰00左右,最低点出现在当地时间的凌晨5︰00左右,在夏季这种特征尤其明显;高寒草原生态系统土壤CO2排放亦呈现明显的季节变化,夏季增强,冬季明显减弱;根据计算,高寒草原生态系统土壤CO2排放年日平均值和年总量分别为21.39mgCO2·m?2·h?1和187.46gCO2·m?2·a?1,结合高寒草地净生产量的观测结果,表明青藏高寒草原生态系统是碳汇.     

苏门答腊两次M>8.0地震前后CO和O_3卫星遥感气体地球化学异常与地面验证

利用印度尼西亚Bukit Koto Tabang(BKT)观测站的地面和大气红外探测仪(AIRS)卫星观测数据,分别提取了该观测站2004年和2005年苏门答腊两次M8.0地震前后地面和卫星观测所获得的CO总量、近地面(1 000 hPa)CO体积分数和O3总量的高光谱气体地球化学信息,对BKT台站附近卫星观测数据和地面观测数据进行了相互验证。结果表明两次大地震前卫星和地面观测均捕获到了CO和O3异常,其中卫星观测获得的CO总量和CO体积分数与地面测得的CO浓度呈强正相关,相关系数分别为0.83和0.75,表明CO浓度异常可能主要源于孕震过程中地下逸出的气体,大气中的化学反应对CO异常的贡献次之。O3卫星观测结果与地面观测结果也呈正相关关系(r=0.49),地震前O3异常可能主要归因于地震前地下逸出的气体在大气中的化学反应。地面观测的CO和O3浓度在两次地震前标准偏差变大,且CO和O3浓度变化与分别以地面观测站和地震震中为中心从卫星数据提取的气体浓度与地面观测数据变化趋势一致。研究结果丰富了利用高光谱卫星数据提取地震前后气体地球化学异常信息的方法。     

瓦里关大气CH4浓度变化及其潜在源区分析

利用尺度校正和更新的2002～2006年瓦里关多年大气CH4浓度资料,进行了其浓度时空变化及其潜在源区分析研究.局部近似回归法筛分的大气CH4浓度本底数据百分比为～58%,表明其受到较强的区域源和汇的影响.CH4本底浓度中值为1831.8ppb,10%和90%的CH4浓度数据百分位值分别为1820.7和1843.5ppb.未经筛分的大气CH4浓度波动大,达到了200ppb;本底浓度波动小（约38ppb）,反映了瓦里关大气CH4浓度受到较强的区域源汇影响.2002～2006年期间不同季节大气CH4浓度日变化规律明显,其变化特征是源汇强度变化和对流层大气扩散输送条件相互作用的结果.大气CH4多年平均季节变化呈夏季高（6～8月达到最大值）,冬春低的特征,与美国莫纳罗亚山和Niwot岭呈反相位,一方面可能是夏季瓦里关地区排放源增强（居民放牧增多）和以来自西宁和兰州地区的气流为主导的污染物输送而导致其浓度抬升,另一方面瓦里关光化学作用较弱,与美国莫纳罗亚山和Niwot岭相比,CH4的汇较弱.轨迹聚类和潜在源区分析表明,大气CH4浓度高值与来自青海西北部（尤其是格尔木地区）和瓦里关东南或东部（西宁和兰州一带）的空气团轨迹关系密切,是CH4潜在的源区;其浓度低值则对应于来自西藏西北部、青海和新疆南部地区的空气团,反映了该方向的气流相对清洁.注意到夏季来自甘肃或宁夏黄河沿岸的农业区（如水稻种植区）空气团使CH4浓度抬升明显,显示了其农业排放源.本文的研究将对准确估算CH4区域源汇强度、全面理解温室效应的尺度及预测未来全球变化具有重要意义.     

长江三角洲痕量气态污染物的时空分布特征

1999年5月至2000年10月, 在长江三角洲区域设置6个观测站, 连续监测地表大气中痕量气态污染物的浓度, 得到NO, NO_x, SO₂, CO和O₃的每分钟浓度平均值. 数据的总有效率超过80%. 监测数据可以代表长江三角洲区域的整体状况. 6个观测点的NO, NO_x, SO₂, CO浓度的平均值远高于环境背景值, 具有显著的季节变化, 冬季出现全年最高值, 表明该区域已经被人为活动排放源污染. 发现该区域全年臭氧浓度高值出现在5~ 6月份; 9月份也有臭氧高值事件.     

太湖西南部河流流域的营养盐排放

以MONERIS河流系统模型为基础,建立了由农业土地营养盐平衡模型、流域营养盐排放模型及河道营养盐滞留模型3个模型组成的模型系统.该系统被用来计算太湖西南部河流流域的营养盐排放量.利用实测的河流系统的负荷数据,对模型系统进行验证.验证结果表明,N、P计算负荷与实测负荷的偏差分别在10%及30%以内.利用该系统,对1992-1996年及1997-2001年间的营养盐排放量进行计算.计算结果表明,1997-2001年间的氮的年平均排放量为5646 t/a,该排放量比前5年的年均排放量减少827 t/a.从磷的排放量来看,1997-2001年间的年排放量为554 t/a,比前5年的均值减少45 t/a.分析结果表明,与1992-1996年相比,1997-2001年间的点源排放量及农业土地营养盐剩余量的减少是流域营养盐排放量减少的主要原因.     

2013年芦山MS7.0地震前后甲烷排放时空演化分析

为研究地震活动与大气甲烷浓度时空演变之间的关系,以芦山M_S7.0地震为例,基于极轨卫星AQUA上搭载的卫星大气红外探测器(AIRS)获取的甲烷数据产品,通过背景值差值法对该地震前后甲烷柱浓度信息、垂直浓度廓线信息及长时间序列变化信息进行提取,挖掘芦山地震前后甲烷异常排放的时空演化特征.结果表明:2013年1—4月芦山震中区存在明显的甲烷浓度升高;甲烷浓度时空演化趋势为初始排放→激增扩散→聚敛加强→相对减弱→震后排放→回复平静;震前震中区甲烷柱浓度为该地区2008年1月—2016年8月异常最显著的时段.因此认为芦山M_S7.0地震前甲烷排放浓度升高现象或为该地震的前兆信息.      

针对SCIAMACHY探测器问题的CO柱浓度反演算法改进与地基验证

搭载于ENVISAT卫星上的SCIAMACHY是目前唯一采用近红外波段观测大气温室气体(CO₂,CH₄,CO)的高光谱传感器.与其它热红外卫星传感器如AIRS、MOPITT、IASI等相比,SCIAMACHY用于CO探测的近红外波段对与人类活动密切相关的底层大气具有更高的敏感性.但无论从光谱角度(该波段CO吸收强度较弱,且存在很强的CH₄和H₂O重叠吸收),还是从SCIAMACHY仪器问题的角度(近红外波段探测器容易出现结冰现象),都给CO反演带来很大的挑战.由于探测器结冰问题造成SCIMACHY CO反演误差高达100%,并且该误差随时间和空间而变化.多个研究机构发展了各种不同的算法用于该误差的校正,但校正结果的时间一致性较差.本文基于IMAP-DOAS的CO反演算法,发展了一种针对SCIAMACHY探测器结冰问题的新校正算法,校正后的CO柱浓度反演误差以及时间一致性都比较理想,并与不同地基FTIR观测结果进行了对比,对比结果表明该校正算法的CO反演结果与地基观测一致性较好,相对偏差由校正前的60%减小到了5%,能够准确地获得CO的时空变化信息.经过校正后的CO柱浓度结果不仅可以用于准确获得CO排放源与汇的时空分布信息,还可以为政府部门制定碳减排相关政策提供重要参考,有效控制全球温室效应.