2003-地球科学进展－全球变化科学中的碳循环研究进展与趋向

第 18卷第 6期 2003年 12月 地球科学进展 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Vo1．18 NO．6 Dec．。2003 文章编号 ：1001-8166(2003)06-0980-08 全球变化科学 中的碳循环研究进展与趋向素 曲建升，孙成权 ，张志强，高 峰 (中国科学院资源环境科学信息中心，甘肃 兰州 730000) 摘 要：全球碳循环研究是全球变化科 学中的研 究重点之一 ，在过去的研 究中已取得 了长足 的发 展 ，但对碳源和汇的定量研究还是今后需要进一步加强的工作。综述 了近年来全球碳库储量研 究 的主要进展，分析 了岩石圈、陆地生态系统、海洋、大气以及人类社会等碳库的储量、在全球碳循环 中的地位及其作用机制，针对与全球升温事件密切相关的人为碳排放 问 专门作 了论述 ，并结合最 新的研究成果，对“未知汇”问题的新的研 究方向作 了阐述。碳循环研究已经进入一个新的发展 时 期 ，国际科学组织与各国政府对碳循环研究的关注与投入正逐步增加 ，但其关注的 内容并不一致。 分别以地球 系统科学联盟的全球碳和美国的北美碳计划为例 ，介绍了国际碳循环研 究的重点 与趋势。最后提 出了今后全球碳循环研 究需要关注的一些领域：陆地碳循环机理与源汇定量研究； 海洋大尺度碳循环及其机理研 究；人类社会在碳循环中的作用研 究等。 关 键 词 ：全球变化 ；碳循环；碳库 ；碳源；碳汇 中图分类号：X21；P461 ．8 文献标识码 ：A 0 引 言 在 目前以国际地圈生物圈计划 (IGBP)、国际人 文因素计划(IHDP)、世界气候研究计划(WCRP)和 生物多样性计划(DIVERSITES)为核心的全球范 围 内广泛开展的全球变化研究 中，有关碳循环与温室 气体的研究是主要焦点之一Ll J，这些研究的进展不仅 能够证明全球变化研究的出发点是否正确 ，也能够证 明适应全球变化与解决全球变化问题的措施是否得 当，而且也将指明今后全球变化研究的发展方向。 在过去的研究中，由于对碳循环机理 、碳源与碳 汇 等 一些 气 候 控 制 因子 的认 识 不 够 全 面 与深 人 J，因而对有关全球变暖问题是否是由大规模 的人类活动引起一直存在争议。 自20世纪末期 以 来 ，大量的研究 已经表明 J，是人类 向大气 中排放 的温室气体所产生的温室效应导致 了地表温度升 高，其中 CO 贡献最大，占 70％，其次是 CH ，占 23％_6’7J。这一认识获得了多数研究者的认 同，并 成为当前的主流认识 。 自工业化革命以来 ，人类对环境的影响已经超 过了人类历史上的任何时期 ，一方面人类的生产活 动每年将大量的碳排放到大气 中，许多气体可能要 在大气中停留 100年甚至更长的时间；另一方面 ，人 类对 自然界的一些改造活动(如森林砍伐 )使得碳 排放量增加、吸收能力降低。这两方 面的人类活动 导致全球大气 中 CO 浓度呈不断升高的趋势，CO 质量分数已由工业化前(1750年 )的(280．4-10) g增加至当前的 3671．Lg／g ¨。随之而来的是温室 效应增强 ，全球变暖问题凸显。据 IPCC 2001年的 第三次评估报告 ，全球大气的平均温度在过去的 100年中上升 了约 0．6~C，而且在未来几十年 内人为 的增暖率将保持在每 1O年增加 0．1～0．2~C的幅度。 温度的升高也打破了原有的平衡 ，对地球环境 与人类社会产生了一系列的影响，如：①热带扩展， 收稿 日期 ：2003-03—17；修回日期：20o3JD5-29． ·基金项目：国家 自然科学基金委托项 目“国际全球变化研究动态与科学发展”资助． 作者简介 ：曲建升(1973一)，男，山东莱阳人 ，助理研究员，主要从事全球变化信息分析与地球科学数据管理工作． E-啦 n：gcinfo@ ns．1zb．ac．cn 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 曲建升等 ：全球变化科学 中的碳循环研究进展与趋向 981 副热带、暖热带和寒带缩小，寒温带略有增加；②草 原和荒漠的面积增加 ，森林 的面积减少；③农业的种 植决策、品种布局和品种改 良、土地利用 、农业投入 和技术改进等受到影响；④加剧了 目前 日趋 紧张的 水资源问题 ；⑤改变了区域降雨 、蒸发的分布状况 ； ⑥引发恶劣的环境问题 ，增加了对人类及其生存环 境的压力等 ¨。 目前国际上有关全球碳循环的研究已经取得了 一 些重要进展，并且新的研究 内容不断地被提出，一 些新的研究计划也不断地加入到碳循环的研究体系 中来 ，碳循环的研究正朝着系统分析、整体规划、集 成研究的方向发展。 1 全球碳库分布与碳储量 《联合 国气候变化框架公约》(UNFCCC)将 温 室气体“源”定义为向大气中释放温室气体的过程 或活动，温室气体“汇”为从大气 中清除温室气 体、 气溶胶或温室气体前体物的过程、活动或机制 引。 全球碳循环的源与汇是 以大气圈为参照系，以从大 气中输出或向大气中输入碳为来确定。全球碳 源与碳汇分布极为普遍 ，由陆地到海洋、由耕地到森 林 、由自然界到人类社会等都存在碳源与 [。碳源 与汇的分布受纬度 、立地条件、地表覆盖以及时间等 外界因素的影响，普遍存在碳源与汇的转化现象 0J (图 1)。 图 1 自然界中碳循环的主要成分 rag．1 M ain components of the natural carbon cycle 1．1 岩石圈中的碳 地壳岩石中平均含有 0．27％的碳 ，约有 6．55× 10“ GtC ，其中 73％是 以碳 酸盐岩 (海相碳酸盐岩、 沉积碎屑岩中碳酸盐胶结物以及泥质岩中碳酸盐矿 物)和幔源碳 的形式存在 ，其余 部分 以石 油、天然 气、煤等各种有机碳形式存在。在各种内外营力作 用过程 中 (如脱碳气 、氧化、热 裂解 、微 生物 降解 等)，碳 以水溶气相 、油溶气相、连续气相 、连续液相 等各种形式迁移或转化 ，最终以 CO 等气体形式通 过地下水 、油(气 )田、地热区、活动断裂带和火山活 动不断地释放 出来 ，或者储存在 沉积地层 中成为 CO2气 田㈨ 。 新生代构造 隆升构造运动在引起 CO 释放 的 同时，如果 ：①在造山带山脉地区发育着丰富的易风 化陆源碎屑岩；②在抬升的高原和山脉地区边缘具 有丰富的降水，有利于岩石的溶解和水解反应 ；③抬 升的高原和山脉边缘斜坡坡度较陡，有利于不断暴 露新鲜岩石 ，则以上区域的地表化学风化程度将提 高，可 以 吸 收 较 多 的 CO：，从 而 成 为 重 要 的碳 汇-l j。岩石的暴露对提高化学风化作用具有非 常重要的作用，尤其在新鲜岩石暴露之初 ，风化速率 非常迅速，然后就呈指数衰减，并在 1O万年后变得 非常缓慢 ¨ J。 尽管地质碳库是最大的碳库，但其中储存的绝 大多数的碳不参与全球的碳循环。除了人类大规模 的矿产和燃料开采 ，使岩石囤储存的碳得以释放 ，并 直接影响全球碳循环平衡外 ，岩石圈的碳 的活动一 般只对地球 的局部产生影响(如火山喷发引发区域 的 CO 浓度升高)或者只会在较大的时问尺度 内 (千年以上)发生作用 。 1．2 岩溶作用过程中的碳循环 岩溶碳循环是全球碳循环 的重要一环 ，全球陆 地碳酸盐岩体碳库容量估计近 1×10 GtC，分布面 积为 2．2×10 km 。碳酸盐的产生与地质历史时期 的大气 、气候、水热和生物环境条件密切相关 ，它是 过去全球碳循环方向和强度变化过程中被固化的部 分 。岩溶作用是岩溶水系统内可溶岩、水 、空气、生 物界面之问的地球化学场上能量、物质交换的表现 及结果 ，在岩溶作用过程中存在 CO 一H 0一碳酸 盐岩三相动态平衡过程 引¨。碳 酸盐岩的溶蚀过程 是从大气 中吸收碳 的过程 ，凝结钙华 的过程是碳 的 排放过程。当大气中 CO 浓度降低时，岩溶系统中 将出现钙华凝结沉降，并向大气中排放 CO ，反之则 吸收 CO 。在 目前全球 CO 浓度普遍过高 的状况 下，岩溶系统对碳的调节作用主要以吸收碳为主。 袁道先[驯 、uu Zaihua等[ ’， 对我 国岩溶动力 系统进行 了一系列监测、模拟试验研究 ，认为岩溶动 力系统和碳酸盐岩在生物作用和传统概念的无机岩 溶作用的协同下，积极参与全球碳循环，成为大气 维普资讯 http://www.cqvip.com 982 地球科学进展 第 18卷 CO 源与汇的重要环节 ；岩溶作用在全球变化研究 中既 是长 时 间尺 度作 用 ，也 具 有 短 时 间尺度 作 用 ]。徐胜友等 估算 了我国岩溶作用 回收大 气中 CO 的量为 3．5×10。tC／a、全球岩溶作用 回收 大气 CO2的量为 2．2×10 一6．08×10 tC／a。 在上部覆盖土壤的岩溶地区，土壤层是 比较关 键和特殊的环节，土壤库中 CO 含量的高低直接影 响表层岩溶带岩溶作用 的发生。碳酸盐岩 中的碳 “活化”及溶蚀作用是消耗大气 CO 的复杂过程 ：大 气 CO 一植物或生物土壤 CO 一溶于水的 Co2一碳 酸盐岩被溶蚀而消耗的 CO J。此外 ，环境条件的 改变也可导致岩溶作用向相反方向发展 。 1．3 陆地生态系统中的碳 陆地生态系统是全球碳循环又一重要碳库 ，每 年净吸收0．4 GtC，其贮存的碳总量为 2 477 GtC，其 中植物体储存了466 GtC，土壤(地表 1 m深度范 围)储存了 2 011 GtC 8'引。陆地生态 系统一大气 的碳通量取决于植物的光合作用、呼吸作用和土壤 微生物之间的平衡 ，这些过程受温度、降水 、土壤质 地和养分供应的强烈影响。 陆地表面有广泛的人类活动干扰 ，极易影响生 态系统碳的储存 ，从而影响大气 与生态 系统之间的 碳平衡。尽管陆地生态 系统是人类最熟悉的环境， 但是 ，陆地生态系统对全球碳循环的影响程度还难 以准确把握 ，这是因为陆地生态系统对全球碳循环 的贡献受人类对地表的改造状况 (如森林砍伐 、草 地改造 为农 田等)和生态 系统 净生产 力 (如大气 CO 浓度升高 ，可引起生产力的提高 ，从而吸收更多 的 CO2)的影响。 土壤具有储存转化有机碳 的作用 ，土壤 的矿化 作用 (包括根的呼吸、土壤动物和微生物的代谢作 用)是 自然生态 系统 中重要 的 CO 释放过程，其对 全球碳循环的影响是长时间尺度的。但是 13益加强 的土地利用加速了土壤的碳呼吸 ，动植物残体和有 机质分解增强 ，土壤贮存 的碳大幅度减少 ，通过水 土、大气输出而成为重要的碳源。伴随着高纬度地 区温度的大幅上升 ，高纬度地区的冻土带和泥炭地 中储存的 CO 和 CH 也将逐步释放出来 ，这些地区 难于分解的碳 ，随着温度升高也将加速分解 ，并最终 以超过光合作用固碳能力的水平 向大气中释放 。 陆地表面的岩石、土壤与生物等经过各种 自然 营力 ，产生大量的有机与无机碳 ，以及河流自生的有 机碳 ，经由河流进入海洋。每年通过河流输入海洋 的碳约在 1 Gt左右 ，其中约 60％为无机碳 ，40％为 有机碳 J。河流碳通量与碳循环的其他环节不同， 如在“大气一海洋”、“大气一陆地生态系统”等循环 中，碳的交换是双向同时进行 的，而河流碳通量在特 定的时间和地区是由陆地单向流人海洋 的。自工业 革命以来 ，由于人类活动的增强，对地表水文、水化 学 、植被和土壤结构性质的影响程度在不断加大 ，毁 林开荒、大规模机械耕作都会增加土壤的侵蚀速率， 大量土壤有机质被淋溶 、冲刷进入河湖、汇人海洋 ， 工业废物排放、富营养化和酸雨等现代环境问题都 会影响河流碳通量 ，并且在很大程度上是加强了河 流碳通量，使得淡水和近海成为附加的碳汇 。 1．4 海洋碳库 海洋的碳储量高达 38 000 GtC，是重要的 CO2 汇。根据测算【4 J。。，在每年由人类排放 的碳中，大 约 30％ 一40％ 由海洋吸收。根据人为释放 CO 会 使海水溶解态无机碳n C／ C比率减小的原理测算 ， 1970--1990年海洋的吸收值为 2．1±1．5 Gt C／a，根 据人为释放 CO 造成 0 ／N 比率变化的原理测算 ， 1989--1994年海洋的吸收值为 1．9±0．5 Gt C／a，普 遍的认识是海洋年均吸收值为 1．5—2．5 Gt C 。 1．4．1 海一 气碳通 量 在海洋里，CO 溶解于水 ，并通过整个海洋表面 不断与大气进行交换 ，其交换量达 90 GtC／a，尤其当 波浪破碎时这种交换更为充分。在海洋表层约 100 m深度以内的海水中，CO 交换较为迅速 ，但与更深 层海水的交换十分缓慢(CO 从海洋表层进入深海 需要几百年到几千年时间)，因此海洋并不像大气 — 海洋 CO 交换模 式所揭示 的，能为增 加 的大气 CO 即刻提供吸收汇。就短期变化而言 ，只有表层 海水在碳循环中起主要作用。海洋碳的吸收与释放 有明显的纬度特征，分别在赤道 (释放)和南北半球 的中纬地区(吸收)存在极大值 ]。Keeling等 ] 计算得出，全球海洋年吸收碳 2．3 GtC：15。N以北海 域吸收 2．3 GtC／a，15．6。S一15。N之间海域释放 1．1 GtC／a，15—50。S之间海域吸收 1．1 GtC／a，15—50。S 以南海域释放吸收平衡。以上说明北半球海洋是一 个重要的碳汇。在北半球的碳吸收主要一部分是大 气 CO 通过温盐环流进入深层海底 ，参与到全球碳 循环 ，在输送到南半球的过程中被海洋吸收转化。 1．4．2 海洋中的生物泵作用 生物作用在海洋 的碳循环过程中发挥着重要作 用 ，海洋 中向下输送 的碳大部分都与海洋生物过程 有关。在海洋表面的透光层中，大量的浮游植物通 过光合作用吸收海水中的 CO ，将其转化为颗粒有 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 曲建升等 ：全球变化科学中的碳循环研究进展与趋向 983 机碳 ，形成初级生产力，初级生产的大部分在透光层 中再循环 ，但在海洋生物死亡和腐烂时 ，其体内的碳 将向下输送到海水深处或海底。在海洋学研究中， 这种 由有机物生产、消费、传递 、沉降和分解等一系 列生物活动构成 的碳垂直运移，被称作 “生物泵” (Biologicalpump)。在生物泵的过程中，海洋浮游细 菌的作用也很关键 ，浮游细菌将颗粒有机物和溶解 态有机物分解利用形成 自身的颗粒有机物并为原生 动物捕食构成微食物环 。 “生物泵”的作用可以减少表层水 中的净碳含 量 ，使海洋表层可以获得更多的大气 CO ，以恢复表 层平衡⋯ 。但是，生物泵对小于几百年时间尺度的 碳循环过程影响较小 ，换言之 ，生物泵对百年来 由人 类活动所产生的大气 中过量 CO 的吸收的贡献微 乎其微。 1．5 大气 中的碳 大气 中的碳 主要 以 CO 、CH 和 CO的形式存 在 ，碳储量合计约 730 GtC【101，其 中以 CO2最为重 要 。在整个地质历史时期，大气碳含量始终处于变 化之 中。利 用极 地 冰芯对 古大气 成 分 的研 究表 明 ：过去 l6万年 以来，大气 CO 和 CH 及氧同 位素温度指标之间存在显著 的正相关关系，在末次 冰期 ，大气 CO2和 CH 浓度分别为 200 g／g和 0．4 g／g左右 ，随着温暖的冰后期 的到来 ，大气 CO 和 CH 浓度迅速上升到 280 g／g和 0．6 g／g左右， 并在以后的时间里基本稳定在这一水平上。但 自工 业化革命以来，这一状况发生了巨大的改变 ，骤升至 目前的 367 g。 大气 CO 浓度在全球 的区域分布也存在差异 ， 差值可达 50 g／g左右。观测表 明大气 CO 浓度 自 北极向南极递减，形成这种梯度变化的原因是：①化 石燃料的使用存在南北半球 的差异。人类对 大气 CO 含量的贡献在北极和高纬度地区年平均为4．5 ～ 3．5 g，北方中纬度地 区为 3．5～2．5 g／g，赤 道和南方低纬度地区为 2．5～1．0 g／g，在南极地 区则减少到0．5 g／g[3引；②大气 CO 在各源与汇之 间的自然传输交换存在差异。运用大气综合环流模 型及近地表涡流混合模 型研究 CO 运输，发现与陆 地生物群落相关的大气 CO 含量具有梯度变化，但 其总量较小，只相当于化石燃料释放引起的大气 CO2浓度的 1／2。 1．6 人类活动与碳循环 随着人类社会的发展 ，尤其是化石燃料的普遍 利用，人类碳源 的强度是不断增大的。人类碳源主 要包括化石燃料使用、水泥生产等的碳排放 以及土 地利用(如水稻生产 )、矿产开采、地下水开采 等 过程中的碳的释放，其中化石燃料燃烧发挥了最大 作用 ，约 占 3／4。在 1980--1989年间，化石燃料燃 烧(包括少量的水泥生产释放的碳 )产生的碳排放 量平均为 5．4±0．3 GtC／a，1990--1999年间这一数 值升为6．3±0．4 GtC／a。土地利用变化所产生的碳 排放增加的情况与此相当 引¨。 人类活动在增加大气 CO 的同时，完全可以通 过积极 的行 动增加对大气 CO 的吸收，从而形成 “人为汇”。《京都议定书》中对人为汇也作 了一些 探讨，但各国对人为汇的定义意见不一 ，有的认为其 仅特指与森林管理有关的所有活动，如造林、再造 林、毁林等 ；另外一些国家则认为其仅指一些直接的 活动 ，如植树造林、林地施肥、放牧等。人类 CO 的 排放以及人为汇在全球碳循环中的作用在以上各节 中都有论述 ，在此不再赘述。 2 “未知汇”问题研究进展 “未知汇”(missing sink)问题曾长期困扰着研 究人员。根据以往的生态学主要碳循环模型的计算 数据 ，人类每年向大气排放的 CO 约 7 GtC，其 中约 有一半(3．2 GtC)留存于大气中，2．0 GtC由海洋吸 收 ，其余的 1．8 GtC是 目前 尚未确定吸收汇的碳被 称作“未知汇”[40 (不 同的学者对这一数字的计 算存在很大差异)。“未知汇”问题的存在一方面是 由于对已经确定的碳源和汇的量值的估算存在误 差，如海洋碳汇的误差高达40％；另一方面是由于 对碳汇的深入研究不够，尤其是对陆地碳汇的组成 及量值的研究都是初步的，存在较大的不确定性。 随着研究的深入，目前 已经基本确定这部分汇 存在于北半球陆地生物圈中，尽管对其具体作用机 理还不够清楚 ，尚在定性研究阶段，但这一研究进展 为今后的研究奠定了重要基础。2000年 ，政府 间气 候变化专门委员会(IPCC)结合 20世纪 9o年代的 研究数据 ，提供 了最新 的全球碳预算研 究 的成果 (表 1) 。我们相信随着研究的深入和定量化研 究的开展，“未知汇”必将得以准确揭示。 3 全球碳循环研究发展趋向 全球变化科学中有关碳 的研究虽然开展较早 ， 但很多仅是局限于局部与短期 的研究 ，这对于具有 全球运动和转化特征的碳循环而言显然是不够的。 在当前全球变化研究更趋向于综合集成研究的情况 维普资讯 http://www.cqvip.com 984 地球科学进展 第 18卷 表 1 人为 CO：的概算 Table1 Budget estimate ofC02伽 nesfrom human activity 下 ，碳循环的研究重心逐步从生态系统 内部或地理 范畴的局地尺度转 向大陆和全球尺度，并在很多方 面实现了 由定性研 究 向定量研 究的转变，尤其在 《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)和《京都议 定书》等国际性条约的制约与督促下 ，碳循环研究 已不再仅仅是由科学 团体主导的纯科学研究，世界 各国政府也逐步参与进来。各国政府在认识到本国 与碳排放有关的经济与发展 问题后 ，对全球碳循环 机理以及减排技术的兴趣正 日益浓厚 ，由国家主导 的碳循环研究也正逐步成为全球碳循环研究的一支 重要力量 。以下以地球 系统科学联盟(ESSP)的全 球碳计划 (Global Carbon Project，GCP)和美 国的北 美碳计划(North American CarboR Program，NACP)为 例 ，介绍全球碳循环研究的发展趋势。 3．1 ESSP的全球碳计划 在 2001年 7月的阿姆斯特丹全球变化开放大 会上 ，IGBP、WCRP和 IHDP三大核心计划联合组成 了地球系统科学联盟 (ESSP)以推动全球变化科学 工作适应集成研究的需要 ，实现可持续发展。随后 ， ESSP启动了有关水问题、食物系统和碳循环的 3个 全球范围的合作计划，全球碳计划(GCP) 是其中 的一项计划。与以前的双边合作不同，该项目将通 过与各核心计划的合作来完成。2003年 5月 ，GCP 已经完成并发布了《全球碳计划科学框架与实施规 划》，还在技术提高、模型应用等方面开展了系列活 动，随着其设在澳大利亚、日本、欧洲和美国的国际 办公室的运行 ，有更多的研究工作将得到开展。 GCP的目标是进行全面的全球碳循环描述，包 括生物物理和人文因素以及二者之间的相互作用和 反馈，具体通过确定和阐明以下问题来实现其目标： (1)模式和变率 ：在全球碳循环 中，主要碳库和 碳通量的时空分布。 (2)过程 、控制和相互作用 ：控制碳循环动力学 (包括与人类活动的相互作用)的根本机制与反馈。 (3)未来碳循环动力学：碳循环动力学未来可 能的“发展轨迹”。 GCP在实现科学 目标的过程中，将与许多现有 的国际组织和各国的碳项 目开展合作 ，并不断发起 新的研究项 目以便在以下方面获得进展 ： (1)综合人类对全球碳循环的认识。 (2)设计一个具有多种约束条件 的研究框架 ， 以利用多种学科产生的数据流和过程认识。 (3)设计新的和框架来耦合碳循环的生物 物理和人文因素。 (4)确定当前碳循环研究成果存在的缺陷并寻 求补充的措施。 (5)协调多个国家和地区的碳计划 ，并把它们 结合到全球碳循环研究中。 预计经过 l0年时间的规划，GCP计划将取得以 下成果 ： (1)在从全球到区域的空间尺度上，提高有关 碳源／汇的存在模式、机制和未来预测的认识。 (2)从一系列相关模 型中，发展建立一个由生 物物理和人文因素联合控制的碳循环系统框架。 (3)加强从事碳循环研究 、监测和评估工作的 机构间的协作，提高针对碳循环变化趋势的快速评 价和响应的能力。 3．2 北美碳计划 北美碳计划(NACP) 是一项致力于测量和认 识北美以及邻近大洋中 CO 、CH 和 CO的源、汇的 碳循环研究计划。它是美 国部门间碳循环科学计划 (Interagency Carbon Cycle Science Program)的组 成 部分 ，是 AmeriFlux网络的扩展 ，也是美 国气候变化 研究规划的成果之一。 NACP将为减少全球碳循环研究中存在的不确 定性提供急需的科学信息，为制订有效的高效率政 策铺平道路。NACP的研究重点在北美及其相邻的 大洋地区，如此设置主要是出于以下几方面的考虑 ： (1)有关北美对整个北半球碳汇贡献大小的认 识还存在很大的不确定性。 (2)北美是重要的化石燃料气体排放区。 (3)部分设施已安放就位并已开始研究控制北 美碳源与汇的机理。 (4)大陆尺度是综合研究碳循环的最小尺度， 在北美实施碳计划将使其研究所获取的信息在全球 框架下得到分析。 NACP将加强有助于技术与政策开发的基础和 应用研究，加强联邦各部门之间以及联邦政府、大学 和私营部门之间的协调合作，加强国际合作，不断发 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 6期 曲建升等 ：全球变化科学中的碳循环研究进展与趋 向 985 展并改进技术 ，为包括碳循环在内的政策制定提供 有力的科学支持。该项 目预计将运作 5～10年 ，具 体分 3个阶段进行 ： (1)2002--2004年，开发新 的基础设施 ，提高 初步的模拟能力。 (2)2~5--2007年 ，检 验并实施 新 的观测 网 络，加强野外观测和过程研究 。 (3)2008年后 ，实施运作阶段。建设完成最优 化的网络，初步具备了模型一数据结合的能力 ，将定 期提供北美及其相邻大洋 的 CO 、CH 和 CO的净 源与汇的可靠评估数据。 预计在 2005年，NACP将完成第一批有价值 的 数据产品与结果 ，这些成果将为未来的政策制 订提供信息，以减少 CO 和 CH 的净排放 ，并通过 碳管理活动加强碳的固定。 4 结 话 世界范围内的碳循环研究已经进入一个快速发 展时期 ，相信不久的将来人类将能够深人揭示碳循 环机理 ，确定温室气体源汇强度 ，并为全球的碳减排 行动提供有效的理论和技术支持。在今后一段时期 内，以下领域仍将是研究的重点 ： (1)碳源与碳汇之间的碳交换条件和影响因 素，加强研究在外部条件变化的情况下 ，碳源与汇之 间的传输方向和通量 的变化。 (2)新的源汇发现及其强度研究 ，加强对人类 活动的深入揭示和全球碳循环与新构造运动关系的 研究 。 (3)陆地生态系统对全球碳循环的响应情况的 研究有待进一步深人，尤其需加强土地利用与覆盖变 化对陆地表层碳库和碳通量的影响及其反馈的研究。 (4)在全球增温的情况下 ，海洋环流和海洋生 物地球化学过程的气候反馈 、陆地生态系统 和陆地 水文系统的气候反馈的研究。 (5)人为汇的研究与固碳技术 的开发。 (6)人类生活饮食习惯、人 口状况等的变化对 全球碳循环的影响及其反馈研究。 (7)进一步明确碳循环研究中源汇作用的尺度 问题，加强对大陆和海洋 中碳循环 的全球尺度和长 时间跨度的研究。 参考文献(References)： [1] Ziumg Zhiqiang，Sun Chengquan．Advances of the Global Change Studies in the past 10 yea [J]．Chinese Science Bulletin，1999。 44(5)：464_477．[张志强 ，孙成权．全球变化研究十年新进展 [J]．科学通报，1999，44(5)：464-477．] [2] Prinn RG． 1nteractional atmosphere：Global atmospheric bio- sphere chemistry[J]．AMB10一A Journal of the Human 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atmosphere which leads hi gh atmospheric temperature．Till today，the content of the carbo n dioxide in atmosphere is Increasing stil1．Under the framework of UNFCCC an d the Kyoto Pro— toeol，more an d more countries have paid attention to the problem of carbo n