一种大气CO2源汇反演模式方法的建立及应用

在一个二维全球大气化学传输模式的基础上,通过对模式的修改和调整,建立了一个简单二维扩散、传输模式,用于CO2源汇的反演研究.在验证了模式的有效性之后,将其应用于大气CO2源汇分布的研究.大气CO2的源主要集中在赤道地区和北半球中高纬度地区.其中,海洋和陆地生态系统(热带雨林的破坏)是赤道地区的主要碳源;北半球中高纬度的陆地生态系统是重要的碳汇,而南半球中纬度地区则表现为CO2的弱汇.对El Nino年(1982年)和其他年份的碳源汇分布情况作了比较,两者之间存在显著的差异,由于化石燃料燃烧排放并无明显波动,因此认为碳通量的年际变化是由于El Nino事件对陆地和海洋碳循环产生影响而造成的.     

北京斋堂黄土剖面主要温室气体组分初步研究

全球碳循环研究表明．在北半球中纬度地带可能存在一个陆地生志汇（植被和土壤）。中国黄土分布在北半球中纬度，在CO2未知汇的研究中很可能具有重要作用。通过自制钻机对北京斋堂黄土剖面（L2上部～L1）进行了不同层位（深度）的垂直或水平打钻，利用毛细管负压原理采集到游离气体并进行了主要温室气体CP2、CH4、N2O的浓度和CO2的碳、氧同位素组成分析。此外，还分析了土样的碳酸盐含量及其碳、氧同位素组成。初步研究结果表明，黄土剖面中主要温室气体浓度远比大气中高：CO2浓度为1434．4×10－6～2458．6×10－6，是大气中的3．8～6．5倍；N2O浓度为472．2×10－9～763．9×10－9，是大气中的1．3～2．1倍；CH4浓度在剖面上部与大气中相似，但在下部为13．1×10－6～24．8×10-6，为大气中的5．4～10．2倍。斋堂黄土剖面中的破酸盐含量为1．55％～9．75％，CO2浓度与碳酸盐含量成正比关系。尽管黄土－古土壤序列富含碳酸盐，但需进一步开展黄土中的CO2浓度及碳同位素工作，以便了解黄土中CO2在全球碳循环中的地位和作用。     

Estimating High Latitude Carbon Fluxes With Inversions Of Atmospheric CO2

Atmospheric inversions have proven to be useful tools, showing for example the likely existence of a large terrestrial carbon sink in the northern mid-latitudes. However, as we go to smaller spatial scales the uncertainties in the inversions increase rapidly, and the task of finding the distribution of the sink between North America, Europe and Asia has been shown to be very difficult. The uncertainty in the fluxes due to network selection, transport model error and inversion set up tends to be too high for studying either net annual fluxes or interannual variability on spatial scales such as the North American Boreal or Eurasian Boreal regions. We discuss the path forward; to couple together the atmospheric inversions with process based terrestrial carbon models, creating carbon data assimilation systems. Such systems are being developed now and could prove to be very powerful. The multi-disciplinary nature of the data assimilation system requires information from flux towers, soil and above ground biomass inventories, remote sensed fields, atmospheric CO₂ concentrations and climate data as well as model development and will need a massive community effort if it will succeed.     

湿地C02交换量测定方法论述

湿地生态系统碳循环是陆地碳循环研究中的重要组成部分,对全球变化具有重要意义。随着全球气候变暖问题研究的深入,碳通量研究逐渐成为全球变化研究的核心内容之一。文章阐述了湿地生态系统CO2交换量的研究方法与最新进展,然后提出问题与展望。     

中国南方喀斯特地区碳循环研究进展

中国南方喀斯特地区碳循环路径与过程基本清晰,与其他陆地生态系统明显不同,呈现出鲜明的区域特色:雨热同季、地质构造背景与碳酸盐岩可溶性的耦合,导致碳酸盐岩中大量封存的碳重新进入生态系统碳的循环;二元三维结构中地下空间CO_2具体动态变化性,可视为次级碳库,影响生态系统碳的循环过程;陆生植物、水生植物均有利用HCO_3~-碳源进行光合作用的新途径;发现了碳酸盐岩快速的风化作用与水生植物生物碳泵的耦合机制,喀斯特作用碳汇效应得以确证。但是,中国南方喀斯特地区碳循环的研究还存在明显不足:喀斯特作用碳汇量的估算受到气候变化、土地利用变化的正负机制、外源酸等多因素的挑战,还具有很大的不确定性;植被、土壤与岩石、地下空间次级碳库、大气、大气降水存在复杂的多界面作用过程,碳的通量及迁移转化机制仍不明确。未来研究应重视:针对喀斯特地区特点的新研究方法、技术的研发;喀斯特关键带理念的统领;联网长期观测;模型的集成与创新。     

遥感技术与陆地生态系统碳循环研究

在人类社会日益关注全球环境问题的今天,大气中CO2和CH4等温室气体浓度升高诱发的全球气候变化已成为可持续发展的最严峻挑战。因此,针对各个陆地生态系统的碳循环研究成为气候变化和区域发展研究的重点和关键。陆地生态系统中土地利用方式、植被种类等的变化,通过时间和空间的尺度来影响着全球碳循环,而遥感技术具有宏观、速度快、周期短、信息量大、多时相等特点,因此在植被覆盖和土地利用分类、碳循环遥感模型等方面都有着重要的应用。     

边缘海环境中陆源有机质的化学生物标志物研究进展

边缘海是陆地和大洋的连接带,是陆源物质向开阔海输送的主要途径,在全球碳循环过程发挥着重要的作用。示踪边缘海沉积有机碳的来源,可以为有机碳的分布、降解、迁移和转化等研究提供基础。本文从高等植物类脂化合物(如长链正构烷烃、正构烷醇、脂肪酸、甾醇等)、维管植物木质素和土壤有机质支链和类异戊二烯四醚(BIT)等几个方面,介绍了基于化学生物标志物示踪边缘海陆源有机质来源的研究进展。指出以包含木质素、BIT等指标在内的多重示踪方法和多端元模型是指示边缘海沉积有机质来源的良好方法,能够提供比单指标方法更为准确可靠的结果。     

Organic carbon source and burial during the past one hundred years in Jiaozhou Bay, North China

Organic carbon (OC), total nitrogen (TN), and 210Pb in core sediment were measured to quantify the burial of organic carbon and the relative importance of allochthonous and autochthonous contributions during the past one hundred years in Jiaozhou Bay, North China. The core sediment was dated using 210Pb chronology, which is the most promising method for estimation of sedimentation rate on a time scale of 100–150 years. The variation of the burial flux of organic carbon in the past one hundred years can be divided into the following three stages: (1) relatively steady before 1980s; (2) increasing rapidly from the 1980s to a peak in the 1990s, and (3) decreasing from the 1990s to the present. The change is consistent with the amount of solid waste and sewage emptied into the bay. The OC:TN ratio was used to evaluate the source of organic carbon in the Jiaozhou Bay sediment. In the inner bay and bay mouth, the organic carbon was the main contributor from terrestrial sources, whereas only about half of organic carbon was contributed from terrestrial source in the outer bay. In the inner bay, the terrestrial source of organic carbon showed a steady change with an increase in the range of 69%–77% before 1990 to 93% in 2000, and then decreased from 2000 because of the decrease in the terrestrial input. In the bay mouth, the percentage of organic carbon from land reached the highest value with 94% in 1994. In the outer bay, the sediment source maintained steady for the past one hundred years.     

河流湖泊碳循环研究进展

围绕河流湖泊的碳循环,明晰了不同水生生态系统中的颗粒有机碳（POC）、颗粒无机碳（PIC）、溶解有机碳（DOC）等各类碳组分的迁移转化过程,进而梳理了影响河流湖泊碳通量的关键因素,归纳了目前可用于水体碳组分测定的仪器和实验室技术.重点探讨了遥感技术在河湖碳循环组分反演和估算方面的应用,系统归纳了近年来利用遥感数据估算POC、DOC、有色溶解有机物（CDOM）以及叶绿素a（Chla）等河湖碳组分的相关研究进展,并进一步对目前国内外已经建立的内陆水域碳循环模型进行了全面的对比分析.研究发现,不同纬度与类型的河流湖泊碳通量和碳循环的影响因素不同,主要由当地水循环过程以及水-气交换过程决定.传统实验室测定是精确测量水体碳组分的技术手段,卫星遥感则可全方位监测河湖水体中CDOM、DOC、POC以及浮游植物等碳组分,实现大区域的水质和碳循环过程监测.河流湖泊碳循环模型可进一步分析碳组分的来源与特征,准确揭示生物地球化学循环过程,但现有模型的适用性和稳健性仍有待进一步提高.     

海洋碳循环研究的关键生物地球化学过程

主要阐述了海洋碳循环生物地球化学过程研究的主要进展,包括海—气界面CO2通量过程、溶解一颗粒碳的海洋转化过程、生物固碳与生物泵过程以及河口碳的生物地球化学过程。海—气界面CO2通量随着海—气界面的扰动程度的变化而变化,而海—气界面的扰动程度主要由风速决定,各海域的CO2通量各不相同;溶解一颗粒碳的海洋转化过程则是由海域的初级生产力所决定,是温度的函数,所以受时间和季节更替的影响很大;河口地带由于处在海水和淡水交界面,又有大量河流带来的陆源输入,所以总体碳循环的生物地球化学过程与大洋主体水域不同,碳通量主要由河流带人;生物在海洋碳循环中的作用不可忽视,浮游植物通过光合作用固碳,而浮游动物在垂直分布过程中通过取食呼吸和排泄作用使碳进行垂直迁移。     

世界石油资源空间分布格局演化分析

文章以石油探明储量为考量指标,以1980-2009年为研究时段,分析世界石油资源空间分布格局及其演化特征。根据1980-2009年间世界石油探明储量的阶段性上升走势,可将其大致划分为5个演化阶段,并选取相应的特征时点;针对各特征时点,依托ArcView GIS的空间分类与可视化功能,考察世界石油资源分布的等级体系、空间组合结构及其演化过程。结果表明:①世界石油资源的空间分布总体上呈多中心的圈层结构,其中波斯湾储油圈层和墨西哥湾-加勒比海储油圈层分别是东、西半球的油极,核心地位不断强化,其他七大区域性储油圈层则呈差别成长态势;②世界石油资源的空间分布总体上呈"东升西落"的演化态势,总体分布格局经历了多元化(1980-1985年)、极化(1986-1990年)、再多元化(1991-1997年)、再极化(1998-2001年)、复又多元化(2002-2009年)的演化过程,形成"北集中、南分散"的分布态势;③西半球石油储量空间逐渐分裂,而东半球中部的储油圈层则逐渐对接形成一个巨型弯月状储量带。     

喀斯特原生林土壤呼吸动态变化及其影响因素

森林土壤呼吸是陆地生态系统土壤呼吸的重要组成部分,其动态变化对全球碳平衡有着重要的影响,然而目前对喀斯特地区原生林土壤呼吸的研究还比较薄弱。本研究通过对茂兰喀斯特原生林土壤呼吸的日、月动态变化监测,得出以下初步结论：1）茂兰喀斯特原生林土壤呼吸有着明显的日变化规律：白天土壤呼吸速率明显高于晚上（最高值出现在13∶00～...     

大气硫循环中的自然硫释放研究

基于当前可获得的与该课题相关资料 ,综述了陆地生态系统对全球硫总量的贡献。第 1部分阐述了已熟知的自然硫源——海洋硫循环的了解。第 2部分给出了陆地硫循环的基本情况及各化学组分和源的相对重要性。第 3部分给出以前报导的各硫源的几种主要含硫气体的通量值 ,通过比较推导出对应各环境的代表性硫通量值。最后的第 4部分作为总结讨论了克服早先自然生态系统硫循环研究测定中的各种局限的方向并提出建议。     

干旱区三工河流域土壤有机碳储量及空间分布特征

精确估算干旱区流域生态系统土壤有机碳库是进行干旱区土壤碳循环研究的重要前提。论文利用改进的土壤类型法--基于网格的土壤类型法,以干旱区典型的三工河流域为例,精确估算流域土壤碳储量,分析土壤碳密度的空间分布特征,为干旱区土壤碳循环研究提供数据支撑。研究结果显示,三工河流域0~20cm土壤有机碳储量为14.35Tg,平均土壤有机碳密度为6.70kgC/m²,其中山地灰褐土土壤有机碳密度最大,这主要是受中山带较低的气温和丰富的森林凋落物的影响;流域土壤有机碳密度表现出了明显的垂直地带性和水平地带性特征,即碳密度从山地区、丘陵区、绿洲区到荒漠区呈逐渐减小的趋势,且随海拔高度的降低碳密度逐渐减小。     

天津地表水中有机碳来源的同位素示踪研究

地表水中的有机碳是陆地水生生态系统的核心组分之一,可以反映流域生态环境概况,也是全球生物地球化学循环研究的重要组成部分.本研究通过系统采集天津地区地表水体的水样和水体颗粒物样品,完成了稳定碳同位素及相关组分测定,对天津地表水中的颗粒有机碳和溶解有机碳的来源进行了探讨.研究结果显示,天津地表水体颗粒有机碳的δ13值主要分...     

基于生命周期的循环农业系统评价

针对"循环经济系统是低碳经济的实现途径之一"的观点,在国内外研究的基础上,改进LCA模型,以湖南某典型的循环鸭业产业进行实证研究.整个鸭产业生命周期中耗用的不可再生资源、土地、水资源分别为48.629MJ、2.36m2和1321.41kg,潜在的温室气体、环境酸化、富营养化、人体毒性、水体毒性、土壤毒性分别为11543.26g(CO2eq)、52.36g(SO2eq)、25.83g(PO4eq)、1.26、60.74、24.65g(1,4-DCBeq),加权评估后,富营养化、水体毒性、土壤毒性潜在威胁均高于温室气体.结果表明,建立在传统生产模式上的循环农业适宜"适度循环";循环农业不能盲目追求低碳发展,在降低碳排放的同时还须考虑土壤和生物固碳,才能全面评价碳排放问题;循环经济和循环农业在评估碳排放的同时,还需对环境酸化、富营养化、生态毒性等其他生态指标进行评估,建立系统评价体系;LCA能够较好地对循环农业进行整体评价,值得进一步研究.     

CO<Subscript>2</Subscript>-fertilization and potential future terrestrial carbon uptake in India

There is huge knowledge gap in our understanding of many terrestrial carbon cycle processes. In this paper, we investigate the bounds on terrestrial carbon uptake over India that arises solely due to CO ₂ -fertilization. For this purpose, we use a terrestrial carbon cycle model and consider two extreme scenarios: unlimited CO₂-fertilization is allowed for the terrestrial vegetation with CO₂ concentration level at 735 ppm in one case, and CO₂-fertilization is capped at year 1975 levels for another simulation. Our simulations show that, under equilibrium conditions, modeled carbon stocks in natural potential vegetation increase by 17 Gt-C with unlimited fertilization for CO₂ levels and climate change corresponding to the end of 21st century but they decline by 5.5 Gt-C if fertilization is limited at 1975 levels of CO₂ concentration. The carbon stock changes are dominated by forests. The area covered by natural potential forests increases by about 36% in the unlimited fertilization case but decreases by 15% in the fertilization-capped case. Thus, the assumption regarding CO₂-fertilization has the potential to alter the sign of terrestrial carbon uptake over India. Our model simulations also imply that the maximum potential terrestrial sequestration over India, under equilibrium conditions and best case scenario of unlimited CO₂-fertilization, is only 18% of the 21st century SRES A2 scenarios emissions from India. The limited uptake potential of the natural potential vegetation suggests that reduction of CO₂ emissions and afforestation programs should be top priorities.     

我国典型陆地生态系统固碳重要区范围界定

全球变暖已成为当今最主要的全球性环境问题之一,建立固碳重要区也是应对全球气候变化的重要途径之一.根据我国陆地生态系统现状以及固碳相关的最新研究结果和政府文件,以森林、草地生态系统为主要研究对象,采用GIS空间叠置分析方法,界定我国典型陆地生态系统固碳重要区(注:涉及“全国”的各要素范围均未包含港澳台地区)的空间范围.研究结果:固碳重要区评价指标体系包括生态系统碳储量、碳汇和固碳潜力3个核心因子,界定过程包括界定范围选择、固碳高值区识别、固碳重要区范围确定和分区命名等步骤.在全国尺度界定了森林、草地两大类共计20个固碳重要区,总面积285.6×104 km2.其中,森林生态系统固碳重要区主要分布在我国东北部、西南部的深山区和东南部的山地丘陵,草地生态系统固碳重要区主要分布在内蒙古高原中东部、新疆西北部山地和青藏高原东南部.固碳重要区面积占全国国土总面积的29.8%,所提供的NPP(净初级生产力)量占全国NPP总量的40.7%,固碳能力是全国平均水平的1.37倍.固碳重要区范围界定结果符合“以较小面积获取较大服务”原则,适于作为我国实现碳减排目标的优先保护区域.      

临安区域大气本底站CO_2浓度特征及其碳源汇变化研究

通过分析2006年8月～2009年7月临安区域大气本底站Flask瓶采样获得的CO2浓度特征,结合碳追踪模式的模拟结果,研究了长三角地区碳源汇变化对CO2浓度的影响.结果表明,临安区域大气本底站的CO2浓度分布在368.3×10-6～414.8×10-6之间,具有较明显的季节波动变化特征,冬季高、夏季低,浓度年较差接近...     

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.