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碳循环与全球气候变暖研究综述 李镜尧* （华东师范大学资源与环境科学学院地理系，上海 200062） 摘 要：九十年代以来，大量观测和研究表明全球气候逐渐变暖，并同时导致其他一系列的全球变化问题。CO2作为主要的温室气体之一，越来越受到人们的重视，碳循环也成为了国际全球变化研究的重要主题。笔者总结了当前国际上有关碳循环与全球气候变暖研究的主要内容和研究方法。主要包括：(1)人类活动对碳排放的影响；(2)森林生态系统的碳循环与管理；(3)河流碳循环对全球变化的影响；(4)土壤呼吸作用和全球碳循环。在总结了碳循环与全球气候变化研究动态的同时，提出了今后研究中应该重视的问题。 关键词：碳循环；全球变化；人类活动 0 引言 气候变暖近年来一直是全球变化领域研究热点和国际环境谈判的焦点[1]。IPCC第四次评估报告表明：1906～2005年，地表平均温度已经上升了0.74℃[2]；世界气象组织评估认为，2010年为全球有记录以来最热年份，比1961～1990年间平均气温高了0.53℃，中国2010年平均气温较常年偏高0.7℃，是 1961年以来第十个最暖年，也是第十四个连续气温偏高年[3]。全球气候变暖的主要原因有人为因素也有自然因素，虽然究竟哪类因素起主导作用任然存在争议，但这不属于本文讨论范围，笔者认为人类活动与温室效应的影响是导致气候变暖的主要原因。 地球温室效应是由于人类在长期生产和生活叶，不断向大气层大量排放各种各样有害气体而造成的。在这些有害气体中，最主要的是二氧化碳。此外，还有氟、氯化碳、臭氧、甲烷、氢氧化物、氯化物等40多种微量气体。二氧化碳等有害气体不能吸收太阳短波辐射，而让太阳热辐射顺利通过大气层到达地而，而且它们能够吸收大部分地面长波辐射，而使地面辐射热无法散发到外层间去，像温室的作用一样，从而导致地面和低层大气温度逐渐升高[4]。这就是地球温室效应。因气温效应的气体称为温室效应气体。 人类活动通过化石燃料的燃烧以及将森林、草原转换成农业或其它低生物量的生态系统，将岩石、有机体以及土壤中的有机碳以CO2的形式释放到大气中从而增加大气中CO2的含量。从上世纪 70年代后期开始全球碳循环研究受到人类的普遍关注，特别是几十年到几百年尺度上的人类活动如化石燃料(煤、石油和天然气等) 的燃烧和非持续土地利用 (砍伐森林、开垦草地、 改造沼泽等) 对碳排放的影响。进入20世纪90年代以来，全球变化研究领域日益加强了对全球碳循环的研究[5]。在大气中，二氧化碳是含碳的主要气体，也是碳参与物质循环的主要形式。在生物库中，森林是碳的主要吸收者，它固定的碳相当于其他植被类型的2倍。森林又是生物库中碳的主要贮存者，贮存量大约为4.82×1011 t,相当于目前大气含碳量的2/3。在水圈中以多种形式存在生物库中则存在着几百种被生物合成的有机物。这些物质的存在形式受到各种因素的调节。河流连接陆地生态系统和海洋两大活动碳库，构成全球碳循环的一个关键环节。河流碳的输出及循环过程与近岸水域环境、海洋碳库变动及全球气候系统紧密相关。有机碳在全球碳循环系统中处于核心地位。了解河流有机碳通量及性质变化是目前河流碳循环研究的重要内容之一。土壤呼吸作用是全球碳循环中一_____________________________________ *作者简介：李镜尧，男，1989—，在读硕士（学号51110801052），地图学与地理信息系统专业温室气体反演方向。E-mail：kuntaljy@163.com 个主要的流通途径，导致土壤碳以CO2形式流向大气圈。全球土壤中碳贮存量的增加有助于缓和人为CO2的进一步释放，而土壤CO2的流失则显著地加剧大气CO2的升高和增强温室效应[6]。 1人类活动与碳排放 人类燃烧矿物燃料以获得能量时，产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年，由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动，二氧化碳的生成量估计每年增加4.8%。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡，可能导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解，但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。目前全球碳循环研究已经确定的与人类活动有关的3个主要源是：化石燃料燃烧、水泥生产和土地利用变化。关于人类经济活动与碳排放的研究主要集中在以下四个方面： 1.1能源消费与碳排放 化石燃料燃烧是目前大气中碳含量增加的首要原因，每年大约向大气中排放6.0～6.5 PgC，约占大气中碳排放总量的70%左右，而世界能源需求的80%～85% 来源于化石燃料。因此，如何通过能源消费结构的改变、能源利用率的提高、能源利用技术的改进减少碳排放是当前各国科学家研究的重点之一[5]。 能源消费量与碳排放密切相关。20 世纪人