碳中和评估与预测预估方法研究进展

人类活动排放的大量温室气体已经造成多种不利影响,为缓解这些不利影响,已有多个国家提出了碳中和目标。碳中和评估与预测预估是实现碳中和目标的科学基础,准确估算碳排放量和碳去除量是进行碳中和评估的关键,可以帮助决策者制定减排和增汇政策。本文梳理了碳排放量和碳去除量的估算方法以及预测预估方法的原理和特点,以期为准确评估碳中和现状以及预测预估未来情景下实现碳中和目标的可能性和路径提供方法论参考。碳排放量的估算方法可以分为用于支撑碳交易市场的碳排放核算方法、面向消费侧碳排放的估算方法和基于因素分解法的碳排放计量方法三大类;前两类方法主要用于历史碳排放量的盘点,第三类方法可用于碳排放量的预估。陆地生态系统碳去除量估算方法可以分为统计模型法、机理模型法和遥感模型法三大类;第一类方法应用最早但估算结果较粗糙,第二类方法模型应用最多但估算结果存在较大的不确定性,第三类方法观测范围大但缺乏预测预估能力。近年来,模型分析法在碳中和评估和预测预估上得到越来越广泛的应用。

气候变化背景下中国未来森林生态系统服务价值的时空特征

基于用CEVSA模型计算的NPP及Costanza等提出的生态系统服务价值计算方法,分析了基准期(1971—2000年)及未来(2021—2050年)我国森林生态系统服务价值时空动态变化特征。结果表明,基准期及未来RCP4.5、RCP8.5两情景下,我国森林生态系统服务总价值均呈逐年增加趋势,年均值分别为12.80(4.55—20.72)万亿元、14.81(5.26—23.97)万亿元、15.13(5.38—24.49)万亿元。总价值在空间上均呈现出西部、东北低及南部高的格局。未来总价值除了在少数地区(新疆中部、内蒙古西部、甘肃西北部、西藏东南部以及我国东北和南方部分森林边缘地区)将降低外,在其他地区均增加,且增幅在东部大于西部,南部大于北部,其中华南增幅最大(RCP4.5、RCP8.5情景下年均增幅分别达1.87亿元、2.13亿元)。高增幅比例(>45%)主要分布在我国东北北端。生态系统服务各功能构成项对总价值的贡献率依次为:土壤形成与保护(17.8%)>气体调节(16.0%)>生物多样性保护(14.9%)>水源涵养(14.6%)>气候调节(12.4%)>原材料生产(11.9%)>废物处理(6.0%)>娱乐文化(5.9%)>食物生产(0.5%),即物质产品产出价值(12.4%)远低于非物质价值(87.6%)。揭示了未来30年我国森林生态系统服务价值的时空格局动态演化及气候变化的影响,为气候变化背景下合理利用森林资源、促进生态环境保护及实施可持续发展战略提供科学量化的依据。

中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评估

生态系统的脆弱性已经成为气候变化影响评估和适应性管理的关键问题。本文介绍和分析了生态系统的脆弱性、敏感性和阈值的概念,中国生态环境的敏感带和脆弱性,脆弱性评估和中国生态系统脆弱分布以及自然生态系统的可持续性和适应减缓对策。自然生态系统对气候变化脆弱性评估仍存在许多问题和不确定性,迫切需要在以下领域开展研究:自主开发新一代气候变化对生态系统影响综合评估模型(特别是双向耦合模型)、加强相关野外长期观测实验、开展适应性与可持续发展示范工程的研究等。

基于潜在植被的中国陆地生态系统对气候变化的脆弱性定量评价

陆地生态系统对气候变化的响应及其脆弱性评价研究是当前全球变化领域的重要内容之一。该研究在生态系统过程模型的基础上,耦合了潜在植被对气候变化的动态响应,模拟气候变化对潜在植被分布格局和生态系统主要功能的影响,以潜在植被的变化次数和变化方向定义植被分布对气候变化的敏感性和适应性,以生态系统功能特征量的年际变率及其变化趋势定义生态系统功能对气候变化的敏感性和适应性,进而对生态系统的脆弱性进行定量评价,分析不同气候条件下我国陆地生态系统的脆弱性分布格局及其区域特点。结果表明,我国自然生态系统气候脆弱性的总体特点为南低北高、东低西高,气候变化将会增加系统的脆弱性。采用政府间气候变化委员会排放情景特别报告国内和区域资源情景,即IPCC-SRES-A2气候情景进行的预测模拟表明,到21世纪末我国不脆弱的生态系统比例将减少22%左右,高度脆弱和极度脆弱的生态系统所占的比例较当前气候条件下分别减少1.3%和0.4%。气候变化对我国陆地生态系统的脆弱性分布格局影响不大。不同气候条件下,高度脆弱和极度脆弱的自然生态系统主要分布在我国内蒙古、东北和西北等地区的生态过渡带上及荒漠-草地生态系统中。总体而言,华南及西南大部分地区的生态系统脆弱性将随气候变化而有所增加,而华北及东北地区则有所减小。

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO_2、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前国家研究中存在的主要问题及未来重点研究方向,以期为以后进一步的研究起到一定的索引和参考作用。

气候变化对黄河流域生态安全影响及适应对策

黄河流域是我国北方重要的生态屏障,也是我国重要的农业生产基地、能源基地,在我国经济社会发展和生态安全方面具有重要的作用。在气候变化和人类活动共同作用下,黄河流域出现冰川冻土退化、水资源短缺、土地荒漠化、水土流失加剧、水旱灾害频繁、生物多样性减少等一系列生态环境问题。上游暖湿化、中下游暖干化的气候变化趋势,对黄河流域生态安全产生深远影响;未来黄河流域气温将持续升高,极端天气气候事件增加,干旱缺水的气候格局不会发生根本性改变,使得流域将面临更加严峻的生态安全风险。面对当前的各种生态问题以及未来生态安全风险挑战,采取应对气候变化和保护生态环境适应性措施十分迫切,主要措施包括加强气候变化和极端天气气候事件对黄河流域生态环境影响的科学研究,提升气候变化风险管理能力;在上游加强黄河水源涵养保护,中游强化荒漠与水土流失治理,下游强化黄河水资源和湿地生态保护;多部门联合协作共同应对气候变化带来的生态安全挑战,确保黄河流域的生态安全。

水分胁迫对冬小麦物质分配及产量构成的影响

通过设置不同土壤水分条件和不同生育期受旱处理,研究土壤水分条件对冬小麦生长发育的影响。从器官水平上详细考察了水分条件对小麦物质积累、分配以及产量的影响,并建立产量和耗水量关系。在相对适宜的土壤水分条件,茎秆所占比例较小,为24%,穗部则占56%;而过度灌溉和水分亏缺条件下,茎秆所占比例较大,分别为36%和37%,穗部比例相对较小,仅为43%和48%。各种条件下均以茎秆对产量的贡献量大。相对适宜的土壤水分条件,茎秆对产量的贡献量最大,为0.308g/茎;水分亏缺条件下,叶鞘对产量贡献量较适宜土壤水分条件的叶鞘贡献量要大,分别为0.18克/茎和0.09克/茎;而过度灌溉条件下各器官对产量的贡献量均较小。根据实测产量和蒸散耗水量模拟的产量、水分利用效率与蒸散耗水量的关系可知:禹城地区在现有的肥力水平和栽培管理措施下冬小麦的理论最大产量为6240kg/hm2,蒸散耗水量为473mm,而获得最高水分利用效率的蒸散耗水量为403mm。由于该地区地下水埋深浅,地下水对冬小麦生育期需水量的补给作用明显,试验年份冬小麦拔节期至成熟期地下水补给量占同期耗水量的22%。

基于CMIP5模式的中国地区未来洪涝灾害风险变化预估

利用22个CMIP5全球气候模式模拟结果,结合社会经济以及地形高度数据,分析了RCP8.5温室气体排放情景下21世纪近期(2016—2035年)、中期(2046—2065年)和后期(2080—2099年)中国洪涝致灾危险性、承灾体易损性以及洪涝灾害风险。结果表明,洪涝灾害危险等级较高的地区集中在中国的东南部,洪涝承灾体易损度高值区位于中国的东部地区。在RCP8.5情景下,未来我国洪涝灾害高风险区主要出现在四川东部、华东的大部分地区、华北的京津冀地区、陕西和山西的部分地区以及东南沿海部分地区。东北地区的各大省会城市面临洪涝灾害的风险也很高。与基准期(1986—2005年)相比,21世纪后期,虽然发生洪涝灾害的区域变化不大,但高风险区域有所增加。鉴于模式较粗的分辨率以及确定权重系数的方法学等问题,洪涝灾害风险的预估还存在较大的不确定性。

冬小麦不同生育期最小冠层阻力的估算

作物最小冠层阻力是研究农田蒸发和作物缺水的一个重要参数。使用作物的冠层红外温度信息 ,将作物在充分灌溉情况下冠层温度与空气温度之差与空气的饱和水汽压差的经验关系同其理论解释相结合 ,通过实验数据 ,估算了在华北平原气候条件下的冬小麦 ( Triticum aestivum L.)的平均最小冠层阻力 ,为基于这种阻力的应用提供基础。研究表明冬小麦最小冠层阻力随发育期而不同 ,并且抽穗前后差异明显 。

基于CMIP5模式的中国地区未来高温灾害风险预估

本文利用CMIP5中22个全球气候模式模拟结果和相关社会经济数据,对RCP8.5情景下中国未来近期(2016—2035年)、中期(2046—2065年)、远期(2080—2099年)3个时段高温灾害风险的变化趋势进行了定量预估。结果表明:中国未来不同时期高温致灾危险度可能逐步增加;未来不同时期高温风险也趋干升高。Ⅲ级及以上的高温灾害风险等级范围将增大,特别是东北三省、内蒙古、陕西、宁夏、贵州、福建等省(区)处于高风险等级的面积明显增大,山东、河北、河南、安徽在近期将出现Ⅴ级高温灾害风险,中期和远期V级高温灾害风险将扩展到江苏、湖南、湖北、江西、四川、广西和广东等省(区)。

气候变化背景下未来中国草地生态系统服务价值时空动态格局

气候变化已经并将继续对中国自然生态系统和人类社会产生广泛而深远的影响,成为人类经济社会发展的风险。为了解未来中国草地生态系统服务价值的时空动态格局以及揭示气候变化的可能影响,以采用CEVS模型计算得出的NPP为基础,根据Costanza等提出的生态系统服务价值计算方法,分析了基准期(1971—2000年)及未来(2021—2050年)RCP 4.5(中低排放)和RCP 8.5(高排放)情景下中国草地生态系统服务价值时空动态变化特征。结果表明,基准期及未来RCP 4.5和RCP 8.5情景下中国草地生态系统服务总价值均呈增加趋势,年平均值分别为1.93万亿、2.26万亿、2.27万亿元。其空间分布状况与水热条件的分布趋势一致,均表现出从西北向东南逐渐递增的分布格局。未来总价值除了在西藏西北部及新疆中部小范围内表现为减少外,在其他地区均呈增加趋势。增幅分布模式与中国人口分布以胡焕庸线划定的基本格局相似,表现为西北增幅小,东南增幅大;大部分地区增幅比例在30%以内,少数为30%~60%,60%以上非常稀少。中国草地生态系统服务各功能构成项对总价值的贡献率依次为:土壤形成与保护(26.9%)>废物处理(18.1%)>生物多样性保护(15.1%)>气候调节(12.4%)>气体调节=水源涵养(11.0%)>食物生产(4.1%)>原材料生产(0.7%)>娱乐文化(0.6%),即物质产品产出价值仅占4.8%,非物质价值占95.2%。该研究揭示了未来30年中国草地生态系统服务价值的时空格局动态演化及其对气候变化的可能响应,在一定程度上填补中国在生态系统服务价值动态、定量预估方面的空白现状,这对于未来科学应对气候变化、合理利用草地资源、加强生态环境建设具有一定的指导意义。

全球气候变化背景下生态系统的脆弱性评价

未来100年气候变暖速度将比上一世纪提高2-10倍,势必对生态系统的格局、过程和服务功能产生巨大影响,威胁生态系统和社会经济的持续发展。因此评价全球气候变化背景下生态系统脆弱性是当前全球变化和生态系统研究的主要内容。由于气候变化以及生态系统对其响应和适应的复杂性,生态系统脆弱性评价进展缓慢。本文在阐明生态系统脆弱性概念的基础上,综述了近年来国内外关于气候变化对生态系统影响及其脆弱性评价研究的现状、方法,归纳和介绍了脆弱性评价研究的三种主要方法--模型模拟研究、指标评价研究以及类比研究,指出气候变化的脆弱性评价研究中存在的问题、不足以及今后的发展方向。

IPCC第五次评估报告对碳循环及其他生物地球化学循环的最新认识

碳循环不仅是生态系统对全球变化响应的综合表现，还直接和大气CO2浓度的变化相关，从而影响到全球气候的稳定，因而成为全球变化研究的重要内容之一。随着科学研究的深入和社会发展的需求，碳循环研究已逐渐从人类CO2排放到海洋与陆地全球分布的基本问题，转变为区域碳收支的确定，

冬小麦品种DS1号生育进程的温光效应

DS1号是适于 2 2 .5 kg/hm2 播种量的秋播冬小麦品种。为了掌握其温光反应特性 ,为确定它的适宜种植范围提供试验依据 ,2 0 0 1年和 2 0 0 2年 ,用这个小麦品种在人工气候箱内进行了 8种不同温光组合的生态模拟试验。参试品种是 DS1号。每台气候箱的体积为 5 0× 5 0× 1 0 0 cm3。试验过程中 ,箱内相对湿度是70 %～ 78%。光照强度为 90 0 0 lx。试验结果显示 ,在不同处理中 ,出苗至抽穗过程中 ,≥ 5℃积温和天数差异极大。结果表明 ,低温不是唯一的春化条件。在 8种不同的处理中 ,植株抽穗前 ,表现了不同的温光效应。在生育前期 5℃的处理中 ,可以完成春化 ,与之配合的 1 6h光照的长日条件或 8h光照的短日条件均可。在2 0℃和 8h光照的处理中 ,未表现出短日春化效应 ,或抽穗期显著拖长。短日春化可能要有一定的光照强度相配合。生育前期或直至抽穗前 ,在 2 0℃和 1 6h长日条件下 ,可以通过“非春化途径”完成抽穗前的生育进程 。

近25 a中国暴雨及其引发的暴雨洪涝灾害影响的时空变化特征

采用全国气象部门收集的县(区)域行政单元灾情普查资料,结合全国气象站点降水观测资料,分析了1984—2008年中国暴雨及其引发的洪涝灾害的时空演变特点及灾害损失情况,揭示了气候变化及人类活动双重作用下中国暴雨洪涝灾害变化趋势和演变特点,以及暴雨洪涝灾害影响的时空差异性。结果表明:近25 a来中国暴雨日数总体上稍有增加,暴雨强度和暴雨天数的空间分布均表现为南方高于北方,东部高于西部的特点,20世纪90年代中后期为中国暴雨高发期。研究时段内,中国暴雨洪涝灾害造成的直接经济损失呈增加趋势,但直接经济损失占当年GDP的比例则呈下降趋势,平均每年经济损失约为573亿元人民币,损失较高的地区主要集中在中国南方地区,县域年平均损失超过2 000万元的县约占15%,其中有34个县超过亿元。受灾人口呈增加趋势,但因灾死亡人口呈下降趋势;暴雨洪涝灾害对农作物受灾面积和绝收面积的影响均呈微弱上升趋势,年平均作物受灾面积近9.00×106hm2,作物绝收面积为1.27×106hm2。

160个玉米自交系光周期敏感性鉴定

以国内160个来源于温带、热带与亚热带玉米自交系为材料,于自然条件短日照(低纬度冬季,三亚)与长日照(中纬度夏季,北京、哈尔滨)环境下,鉴定自交系的雌雄开花期、株高与穗位高等性状。雌、雄开花期、株高和穗位高的遗传力分别为0.952、0.973、0.780与0.745,存在极显著水平的基因互作以及基因型与环境互作,表明这些性状受复杂遗传网络调控,并受光周期等环境因素影响。7884、65232宽、8902、B73、CA335与E28等24个自交系对光周期反应最为钝感,是光周期性状改良的优良供体亲本。鉴定的光周期敏感性的基础数据对基于这些自交系的杂交种组配、生态区适应性评估、种质改良与引进等具有重要意义,并为光周期反应特性相关基因的关联性分析奠定了基础。

气候变化对陆地生态系统和海岸带地区的影响解读

IPCC第五次评估报告认为，受气候变化影响，许多生物种及生态系统已经发生显著变化，未来这些变化还将继续。气候变化和人类活动的共同作用将对21世纪的陆地生态系统和内陆水系统产生重要影响，大部分陆地和淡水物种灭绝的风险都将增加，部分地区可能会发生不可逆转的变化。未来仅依靠生态系统自身的适应能力将不足以应对这些变化，需要辅以适应措施帮助生态系统适应气候变化。海岸带系统和低洼地区除了受气候变化的影响，还受到人类活动的强烈影响，并且影响的方式和结果因地而异。预计到2100年，全球平均海平面将上升0.28～0.98 m，相对海平面上升差异较大。到2100年，数以亿计的人将受到沿海洪水的影响。未来海岸带地区适应的相对成本会有很大的区域差异。在全球尺度上，采取防御措施取得的效益仍要高于不作为而付出的社会经济成本。发达国家比发展中国家具有更强的适应气候变化能力，可持续发展的气候恢复力也更大。

1961—2010年中国气候生产潜力时空格局变化及其潜在可承载人口分析

以气温、降水格点数据为基础,采用Thornthwaite Memorial模型计算了中国气候生产潜力(CPP),并从气候的角度估算了耕地上气候资源潜在可承载的人口数,以便增强了解气候变化的影响及气候资源最大人口支撑能力。结果表明:1961—2010年中国CPP总体呈突变性增加趋势,1987年为突变点,年最低、最高及平均值分别为689. 18、814. 56和744. 05 g·m^(-2)·a^(-1)。空间上呈现出从西北向东南逐渐递增的带状分布,其中高值区主要分布在华南大部,最高值达2103. 56 g·m^(-2)·a^(-1);低值区主要分布在西、北部地区,最低值为39. 28 g·m^(-2)·a^(-1)。2001—2010年中国大部分地区CPP年平均值相对于1961—2010年多年平均值变化幅度不大,变化比例高的地区基本上分布于中国西、北部,其中增加的区域达82%,主要分布在华东地区、新疆西部、西藏北部及青海大部,远大于缩减的区域(17%)。1995—2010年,基于公里网格的耕地气候潜在可承载人口为46—2180人·km^(-2),全国平均值最低的年份为1130人·km^(-2),对应的实际人口为0—49729人·km^(-2),全国平均值均不高于137人·km^(-2);全国实际总人口为11. 43—13. 04亿,耕地气候潜在可承载总人口为19. 72—20. 22亿,前后比值为58%—65%。这表明,中国耕地生产力未达到气候生产潜力,尚有一定的开发潜力;实际人口在中国大部分地区均没有超出气候资源潜在可承载的最大人口,然而在少数省市(如生态环境脆弱的青海省以及经济发达的大城市及沿海地区)已超出。

巴丹吉林沙漠南缘191 a来年降水量重建及初步分析

沙漠及其边缘地区生态环境脆弱,对气候变化敏感。但沙漠地区有限的森林资源限制了区域百年到千年尺度上的历史气候变化研究。利用采自巴丹吉林南缘的青海云杉年轮宽度资料,重建了区域近191 a(1815—2005年)来的年降水(前一年7月至当年8月的总降水量)变化序列。重建的相关系数是0.636,方差解释量为40.4%,调整自由度后的解释方差R2adj为0.392。重建结果稳定可靠。分析区域过去年降水变化结果可见,19世纪该区域干湿变化频繁,20世纪前半段主要以干旱为主,干湿转变较少。20世纪20年代的干旱事件在巴丹吉林南缘的干旱持续时间更长。周期分析的结果表明,区域年降水量变化有2 a、4 a、64 a等周期。

直面气候挑战——解读政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评估报告

“气候变化”从来没有像今天这样向人类显示它的威力,人类也从来没有如此空前“一致”:几乎所有国家和地区发出同一个声音:“保护地球”。国际权威机构政府间气侯变化专门委员会发布了六年以来首次更新的气候变化评估报告,其中的数据和描绘将迫使所有国家直面这一问题。