生态系统碳循环-气候变化、碳源与碳汇(2)

生态系统碳循环---气候变化、碳源与碳汇陈书涛2000-2006:1.9ppmy-11970–1979:1.3ppmy-11980–1989:1.6ppmy-11990–1999:1.5ppmy-12006大气CO2浓度：381ppm高出工业革命前35%NOAA2007;Canadelletal.2007,PNAS大气CO2浓度0123456789185018701890191019301950197019902010FossilFuelEmission(GtC/y)Emissions280300320340360380400185018701890191019301950197019902010Atmoapheric[CO2](ppmv)[CO2]2ppm/year-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8185018701890191019301950197019902010Temperature(degC)Temperature0.2C/decade185018701890191019301950197019902010[CO2]2006大气CO2浓度：381ppm高出工业革命前35%2000-2006:1.9ppmy-11970–1979:1.3ppmy-11980–1989:1.6ppmy11990–1999:1.5ppmy-1NOAA2007;Canadelletal.2007,PNAS0123456789185018701890191019301950197019902010FossilFuelEmission(GtC/y)Emissions280300320340360380400185018701890191019301950197019902010Atmoapheric[CO2](ppmv)[CO2]2ppm/year-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8185018701890191019301950197019902010Temperature(degC)Temperature0.2C/decade185018701890191019301950197019902010[CO2]CO2浓度升高的影响:全球变暖IPCC,2001全球碳循环--陆地生态系统吸收1.7GtC/yr--海洋吸收2.2GtC/yr--陆地、海洋仍存在碳吸收潜力陆地生态系统储存约2000GtC,其中约75%储存在土壤中全球碳平衡估算中的不确定性化石燃料进入大气进入陆地或海洋5.5±0.3土地利用变化1.6±0.8海洋吸收2.0±0.6未知碳汇1.8±1.5（missingsink）目前碳源、汇的强度存在不确定性预测未来气候辐射力的变化情况也存在不确定性Peta(1015)gramsofcarbon/year大气吸收碳3.3±0.2=+--大气储存生物摄取人类输入FAO-GlobalResourcesAssessment2005;Canadelletal.2007,PNASTropicalAmericas0.6PgCy-1TropicalAsia0.6PgCy-1TropicalAfrica0.3PgCy-12000-2005热带雨林破坏面积平均约每年1300万公顷人为原因导致的碳排放：土地利用变化1.5PgCy-1Borneo,Courtesy:ViktorBoehmHoughton,unpublished由于热带雨林破坏导致的碳排放PgCyr-10.000.200.400.600.801.001.201.401.601.801850186018701880189019001910192019301940195019601970198019902000AfricaLatinAmericaS.&SEAsia人为原因导致的碳释放：土地利用变化SUM2000-20061.5PgCy-1人为原因导致的碳释放：化石燃料燃烧Raupachetal.2007,PNAS;Canadelletal2007,PNAS1990-1999:增加1.3%y-12000-2006:增加3.3%y-10123456789185018701890191019301950197019902010FossilFuelEmission(GtC/y)Emissions280300320340360380400185018701890191019301950197019902010Atmoapheric[CO2](ppmv)[CO2]2ppm/year-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8185018701890191019301950197019902010Temperature(degC)Temperature0.2C/decade1850187018901910193019501970199020102006化石燃料燃烧:8.4PgC[2006人为原因导致的碳排放总量:8.4+1.5=9.9Pg]Raupachetal.2007,PNASCumulativeEmissions[1751-2004]Fluxin2004FluxGrowthin2004Populationin20040%20%40%60%80%100%D3-最不发达国家印度发展中国家中国苏联D1-发达国家日本欧洲美国人为原因的碳排放：地区贡献北半球高纬度地区是“TheMissingSink”?基本概念•GPP：总初级生产•NPP：净初级生产•NEE：净生态系统交换•NEP：净生态系统生产•Re：生态系统呼吸•Ra：自养呼吸•Rh：异养呼吸NPP=GPP-Ra陆地生态系统碳通量估算思考题•假如你厌倦了整天吃东西，想躺在太阳底下过日子。我们又想象你找到了一种方法，把你全身的皮肤都覆上一层藻类，藻类生产的所有还原碳的产物都通过你的皮肤被吸收并可供你呼吸用。对你的表面积进行一些假设，而且假定光合效率为1%，中午入射的具光合作用活性的辐射为400瓦/米2。计算通过这种途径满足的能量需求占你每日能量需求的百分数。•提示：（1瓦=1焦/秒）；•每天必需的卡路里：2500千卡/天思考•总生物量=B•总光合作用=GPP•植物呼吸作用=RA•新生成的植物组织=NPP•异养生物的呼吸作用=RH•净群落生产量=NCP•C滞留时间=MRT•周转分数=K北方森林OBS监测点NEE四年的变化情况GPP从春季到夏季增加，在夏季非常干热的季节会有所降低呼吸速率随温度的增加而增加NEE为GPP与呼吸（Ra和Rh）的净差值北美碳汇•Pacalaetal.认为北美大陆的碳汇强度为0.3to0.58pg/yr项目下限pg/yr上限pg/yr土地面积mha森林0.110.15247-247有机质0.030.15247-247农田土壤00.04185-183树木损毁0.120.13334-336林木生产0.030.07水库0.010.04商业输出的不平衡0.040.09河流转运0.030.04表观碳汇0.621.29766除去输出不平衡后的碳汇0.30.58766毁林化石燃料燃烧7.61.52000-2006CO2flux(PgCy-1)SinkSourceTime(y)全球碳收支的扰动(1850-2006)LeQuéré,unpublished;Canadelletal.2007,PNAS化石燃料释放毁林7.61.52000-2006CO2flux(PgCy-1)SinkSourceTime(y)LeQuéré,unpublished;Canadelletal.2007,PNAS全球碳收支的扰动(1850-2006)化石燃料释放毁林7.61.54.12000-2006CO2flux(PgCy-1)SinkSourceTime(y)大气CO2LeQuéré,unpublished;Canadelletal.2007,PNAS全球碳收支的扰动(1850-2006)大气CO2化石燃料释放毁林ocean7.61.54.12.2CO2flux(PgCy-1)SinkSourceTime(y)2000-2006LeQuéré,unpublished;Canadelletal.2007,PNAS全球碳收支的扰动(1850-2006)大气CO2海洋陆地化石燃料释放毁林7.61.54.12.22.82000-2006CO2flux(PgCy-1)SinkSourceTime(y)LeQuéré,unpublished;Canadelletal.2007,PNAS全球碳收支的扰动(1850-2006)Canadelletal.2007,PNASCO2flux(PgCO2y-1)Carbonflux(PgCy-1)Carbonintensity(KgC/US$)SinkSourceTime(y)全球碳收支的扰动(1850-2006)自然碳汇效率的下降人为源排放的碳的吸收汇Canadelletal.2007,PNASOceanremoves_24%Landremoves_30%55%被自然汇所消除大约45%释放的CO2进入大气大气部分(滞留在大气中的CO2占人为排放源的比例)[2000-2006]1.CO2释放速率2.CO2在自然生态系统中的吸收速率并最终通过吸收储存到陆地和海洋中的量:–陆地：CO2施肥效应，土壤呼吸，N沉降速率，森林再生长，树木毁损…–海洋：CO2溶解性(温度、盐浓度),洋流风，生物活性，酸化程度…影响CO2在大气中的量（大气组分）的因素Canadelletal.2007,Springer;Gruberetal.2004,IslandPress大气部分的时间动态变化从1959到2006大气部分CO2的增加速率为每年+0.25%(p=0.89),这表明自然碳汇的效率下降了10%。Canadelletal.2007,PNAS19601970198019902000timeDistribution(fraction)自然碳汇的效率：陆地和海洋碳汇LandOceanCanadelletal.2007,PNAS•南部海洋碳汇效率下降了30%这一碳汇原本每年可移除大约0.7PgC（来自于人为源排放）•风强度的加强加速了南极洲周围碳含量丰富的深层海水的扰动（风加强的原因为全球变暖和臭氧层空洞）导致海洋碳汇效率下降的原因LeQuéréetal.2007,ScienceCredit:N.Metzl,August2000,oceanographiccruiseOISO-5Angertetal.2005,PNAS;Buermannetal.2007,PNAS;Ciaisetal.2005,Science干旱胁迫对中纬度地区碳汇的影响Summer1982-1991Summer1994-2002/04NDVIAnomaly1982-2004[NormalizedDifferenceVegetationIndex]Anumberofmajordroughtsinmid-latitudeshavecontributedtotheweakeningofthegrowthrateofterrestrialcarbonsinksintheseregions.21世纪碳循环研究的薄弱环节PermafrostHLPeatlandsTPeatlandsVeg.-Fire/LUCCH4HydratesBiologicalPumpSolubilityPump碳—气候—人类系统的热点区域OceansLandGCP，2005；andalsocitedby“GCP,OverviewofActivity，September2006–August2007”谢谢！周转时间(更新时间)M储存库中某物质的含量S从库中流出的总通量MS=kMQ具有源通量Q、汇通量S和含量M的单个库则描述一个库中某物质含量变化速率的方程可表