安徽省农田生态系统温室气体排放分析及情景模拟

科学认知农田生态系统温室气体排放状况是开展农业减排降碳的重要前提,对于推动农业可持续发展、促进农田高质量建设具有重要意义。以安徽省为例,利用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)排放系数法评估农田生态系统温室气体排放水平,运用对数平均迪式指数分解(LMDI)方法解析农田生态系统温室气体排放驱动机制,最后基于STIRPAT模型并结合情景分析方法对未来农田生态系统温室气体排放进行模拟预测。结果表明:(1)安徽省农田生态系统温室气体排放总量整体呈增加趋势,水稻种植CH_(4)排放的贡献最大,占比达55.27%,空间分布上呈现为皖中地区排放量较高、皖北和皖南地区相对较低。(2)安徽省农田生态系统单位播种面积排放强度呈增加趋势,单位农业产值排放强度呈下降趋势,两种排放强度均呈“北低南高”分布特征,即淮河以北地区排放强度及变化幅度相对较低,淮河以南地区表现为相反规律。(3)农业经济水平与安徽省农田生态系统温室气体排放呈现出正效应,是影响排放量增加的主要因素;农业生产效率、农业生产结构、农业人口规模均呈现出负效应,其中农业生产效率与农业人口规模因素对农田生态系统温室气体排放的抑制作用较强。(4)基准情景、低碳情景、绿色发展情景与可持续发展情景下农田生态系统温室气体排放呈先上升达到峰值后逐渐降低的变化趋势,其中基准情景在2028年达峰,其余三种情景在2025年实现达峰目标。粗放发展情景下农田生态系统温室气体排放在未来呈不断增加的发展趋势,未能实现达峰目标但增速逐渐放缓,农业发展表现出较强的减排潜力。安徽省应加强控制水稻种植CH_(4)排放,综合考量区域差异,多措并举、因地制宜地制定农业减排政策。

江西省农业温室气体排放趋势及减排潜力

掌握农业温室气体的排放规律对我国实现“碳达峰、碳中和”的战略目标具有重要作用。基于江西省2011~2020年农业数据资料,阐明了江西省农业温室气体(甲烷、氧化亚氮)的二氧化碳排放当量在种植业、养殖业和能源消耗领域的排放水平和时空演变规律;并用STIRPAT模型在多情景模式下模拟分析了江西省在2030年和2060年的减排潜力。结果表明:2011~2020年江西省农业温室气体排放总量为3686.91~3967.56万t,呈先升高后下降的趋势;空间上呈现西高东低、南高北低的分布特征。种植业、养殖业和能源消耗年均产生的二氧化碳排放当量占比分别约为71.5%、26.9%和1.6%;种植业中稻田甲烷和农用地氧化亚氮的二氧化碳排放当量的占比分别为72.77%和27.23%;养殖业中动物肠道甲烷、动物粪便甲烷和动物粪便氧化亚氮的二氧化碳排放当量的占比分别为31.53%、43.90%和24.57%。在基准发展模式和低碳发展模式下的预测结果表明,2030年江西省农业温室气体排放降幅将达到国家要求,分别为12.66%和14.91%。因此,在满足江西省农业生产目标的基础上,江西省农业的减排固碳应聚焦种植业和养殖业,特别是控制农业甲烷排放源。在我国“双碳”目标的战略背景下,可以为未来推进江西省农业减排固碳工作的实施提供建议。

基于地基监测的人为源温室气体排放通量反演研究进展

不同尺度下温室气体的空间分布及变化趋势是研究气候变化的基础,也是评估相关减排政策实施效果的重要依据。当前碳排放核算主要基于排放清单,不确定性较大。基于监测数据的碳排放核算能够有效评估和修正排放清单结果,是对当前方法的有效补充。国内温室气体的监测主要针对污染源和环境浓度,对于人为源温室气体排放通量的监测研究较少。该文分析了近年来国内外基于地基监测的人为源温室气体排放通量研究,主要的研究方法可分为2类:柱浓度空间分布结合三维风场数据反演排放通量;结合实测体积分数、大气扩散模型和统计优化模型修正先验排放通量结果,以获取更准确的后验排放通量。通过分析和对比2种方法的优势和局限,讨论不同通量反演方法的适用场景。建议我国未来应构建适用于不同空间尺度的温室气体通量监测反演体系,综合利用多种监测手段,以校核验证排放清单,并为制定温室气体减排策略和评估应对气候变化工作成效提供技术支撑。

CMIP6模式大气中南北半球水汽质量反相变化:不同温室气体排放情景差异

在大气质量南北涛动季节变化过程中,水汽质量变化与干大气质量南北涛动时间序列存在明显的反位相变化关系。使用2015年1月—2100年12月的CMIP6资料分析4个温室气体排放情景下水汽质量季节循环特征,并与1958—2015年历史模拟试验对比,得到:半球水汽质量存在明显的季节循环特征,北半球水汽质量月平均值在冬季(DJF)达到最小,夏季(JJA)达到最大;南半球情况与之相反。无论是南半球或是北半球,与其他排放情景相比,SSP1-2.6(Shared Socioeconomic Pathway)情景下南、北半球水汽质量年变程最小。4个情景下冬、夏季水汽质量变化都比春、秋季剧烈。随着CO_(2)浓度的上升,SSP3-7.0情景下北半球水汽质量年变程最大,相比于历史模拟试验增加了26.49%,南半球则不同于北半球,SSP1-2.6情景后随着CO_(2)浓度的上升,水汽质量年变程也随之增大,在SSP5-8.5情景下达到最大。南、北半球水汽质量涛动的年变程随着CO_(2)浓度的上升而增大,在SSP5-8.5情景下达到最大,但增大的幅度减小。CO_(2)浓度变化对赤道附近水汽质量变化影响最为明显,且越靠近南极,水汽质量变化越小,但越靠近北极,夏季水汽质量变化比冬季越大。此外,CO_(2)浓度的上升会导致夏季水汽逐渐向北半球中纬度堆积。这些结论有利于更好地认识区域间水汽质量变化对CO_(2)浓度上升的响应,为未来有关降水的气候政策制订提供依据。

新一代温室气体排放情景

温室气体排放情景,是对未来气候变化预估的基础。过去应用的情景设计是在2000年完成的,早就需要更新与补充了,IPCC第4次评估报告已经提出了这个要求[1]。对于这种必要性Moss等[2]在2010年就进行了深入的讨论。通过2～3年的工作,新一代排放情景已经形成。

不同温室气体排放情景下未来中国地面气温变化特征

采用20多个参与政府间气候变化委员会第4次评估报告(IPCC AR4)的全球气候模式,在20世纪气候模拟试验和SRES B1、A1B和A23种排放情景下进行数值集合分析,结果表明未来中国大陆的气温变化有着明显的时间和空间差异.21世纪,中国大陆年平均气温呈显著升高趋势,至2099年平均增温范围为2.5～4.9℃,高于全球平均值.冬季升温明显高于其他季节,年较差呈减小趋势.21世纪前期,变暖预估值受排放情景假设或模式敏感性的影响较小,不同排放情景和不同模式之间的预估结果一致,中国大陆平均增温范围为0.88～0.92℃,21世纪中期以后这种差异逐渐增大,增暖范围为2.44～4.28℃.相对于1980-1999年平均气候场,中国大陆平均升温值在20世纪50年代前后达到2℃,此后,A1B及A2情景下中国大陆气温快速升高,在21世纪60年代末达到或超过3℃,但区域差异明显,升温值达2℃的时间由北至南在不同排放情景下相差10～30a,东北、西北地区将成为未来受气温升高影响最为敏感的地区.

代表性浓度路径情景下的全球温室气体减排和对中国的挑战

介绍了政府间气候变化专门委员会(IPCC)为第五次评估报告开发的新情景——代表性浓度路径(RCPs),分析了RCPs情景的内在优势,并描述了4类代表性RCPs(RCP8.5、RCP6、RCP4.5和RCP3-PD)的特征。利用IPCC最新发布的RCPs数据,分析了高端、中端稳定和低端浓度路径下,全球温室气体的排放空间、区域分担和减排成本,并着重探讨了低端路径与全球温度升幅限制在2℃以下目标之间的关系及其给中国带来的主要挑战和应对途径。

温室气体稳定浓度情景下中国地区温度和降水变化

利用参与IPCC第四次评估报告(AR4)的多个全球气候系统模式的输出结果,着重分析了2101—2198年温室气体浓度稳定在720mL/m3和550mL/m3水平时(S720和S550情景),中国地区地表温度与降水的时空变化特征。结果表明:1)当温室气体浓度稳定不变时,22世纪中国地表温度仍将呈上升趋势,增温幅度为0.4℃/100a,但升温趋势平缓,幅度明显小于SRESA1B(中等排放)和B1(低排放)情景,冬、春季增温显著且高纬地区增温明显大于低纬地区,夏、秋季次之,因此季节间的温差将会变小;2)S720(S550)情景下年平均降水增加幅度基本稳定在11%(8%)左右,冬季降水增加显著,且增幅从南向北逐渐增大,春季次之,夏、秋季大部分地区降水将减少10%～30%。

电力行业温室气体排放情景分析

通过对不同发电形式全生命周期的二氧化碳排放因子（LCE）的统计研究,提出适合我国不同发电形式的LCE推荐值.基于对我国电力行业能源结构发展现状的分析,计算电力行业的温室气体（GHG）排放总量现状.结合电力行业不同发电形式发电量的占比要求,建立3个发展情景来分析未来的电力减排效益.在基准情景下,不改变2012年电力行业的能源结构,建立不同发电形式的发电量占比,新增燃煤选用低LCE系统.结果表明：电力系统的年平均LCE没有改变,并不能满足在发展经济的同时实现减排的要求;约束情景根据政策目标调整能源结构,且基于科技的发展,燃煤发电的LCE逐年降低,减排效果非常明显,电力系统的年平均LCE明显减少,但仍难以完成2030年GHG排放量达到峰值的目标;优化情景大力调整能源结构且燃煤系统的LCE进一步降低,到2030年GHG的年排放量将趋于稳定,有望达到减排目标.在评价年限（2013~2030年）内,与保持2012年平均技术水平而不做任何改变所得的结果相比,3种情景分别可达到减排66.6、255.6和297.0亿吨GHG的效果.

两种温室气体排放情景下中国汛期江淮暴雨低涡特征研究

本文基于一个水平分辨率为50 km的区域气候模式Reg CM4(Regional Climate Model,version 4.0)的模拟与预估结果,对我国汛期江淮暴雨低涡在气候变化背景下的统计特征与合成结构进行分析,进一步对两种温室排放情景下未来中国汛期的江淮暴雨低涡特征进行预估。结果表明:Reg CM4模式对环境要素及低涡都具有一定的模拟能力,低涡的伸展高度、生命期及暴雨位置模拟结果与观测较为接近,但模拟的低涡个数、最大暖区高度以及温、湿要素分布均比实际略偏低,而风速和低涡的强度模拟则偏强;在未来两种温室排放情景预估方面,RCP4.5(Representative Concentration Pathways,简称RCP)典型浓度排放情景下,暴雨低涡数量比例减少,强度减弱,但低涡发展高度仍以850 h Pa为主,生命期多为2 d以内,低涡雨区分布及最大暖区高度均与历史时段相近;RCP8.5情景下,暴雨低涡比例明显大于RCP4.5情景,低涡发展高度以700 h Pa为主,生命期达3 d的增多,强度增强,最大暖区厚度范围显著伸展。两种情景下均有低涡中温度锋区减弱,而湿度锋区增强,但RCP8.5情景减弱与增强更显著,显示更高的温室气体排放将导致未来出现更强的暴雨低涡,造成伴随暴雨的低涡灾害性天气的增加,因此应进一步深化对低涡暴雨灾害性天气发展趋势的研究。

对稳定浓度目标下温室气体排放路径的探讨

为研究稳定浓度目标下温室气体排放路径的不确定性问题,应用温室气体导致气候变化评估模型(MAGICC模型)和WRE排放情景的数据对2100年温室气体浓度控制在450和550 ppmvCO2当量目标下的排放路径及浓度变化情况进行了研究。结果显示,目标年浓度的变化取决于起始年至目标年的累计排放量和排放路径。将排放路径峰值逐渐调整滞后时,为保证累计排放量不变,需在到达峰值后比原排放路径进行更大力度的减排。温室气体浓度在预测期内将逐渐增加,但目标年的结果变化较小,约为浓度变化最大值的1/3左右。将WRE350和WRE450排放路径的峰值分别调整至2020年和2035年时,与原排放路径相比,浓度改变的最大值分别为6.4 ppmv和22.8 ppmv,而2100年浓度的改变值分别为1.9 ppmv和7.5 ppmv。

气候变化下基于DayCent的旱地玉米农田温室气体排放通量模拟

气候变化通过大气CO_(2)浓度、温度和降雨的改变,直接或间接影响农田温室气体排放,研究未来气候情景下农田温室气体排放对实现农业碳减排具有重要意义。为探究气候变化背景下农田温室气体排放特征,该研究在长期田间定位试验基础上,利用当前大气CO_(2)浓度与CO_(2)浓度升高条件下旱作玉米农田温室气体排放通量的田间观测数据,采用“试错法”对DayCent模型进行校验,并利用校验后的模型,根据第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project phase 6,CMIP6)气候情景数据,预测未来SSP126(低排放水平)与SSP245(中等排放水平)气候情景下旱地玉米农田温室气体排放通量。结果表明,DayCent模型对不同大气CO_(2)浓度下N_(2)O、CH_(4)和CO_(2)排放通量的模拟值与观测值高度一致,模拟效率(modeling efficiency,EF)分别为0.58~0.87、0.45~0.65和0.25~0.62,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.83~1.33 g/(hm^(2)·d)、0.67~0.82 g/(hm^(2)·d)和0.58~0.80 g/(m^(2)·d),决定系数(coefficient of determination,R^(2))分别为0.80~0.91、0.53~0.80和0.53~0.85。SSP126和SSP245气候情景下,在玉米单作种植模式下旱地农田N_(2)O和CO_(2)年排放量均呈现上升趋势,以2001—2020年农田温室气体排放通量为基准,到2060年N_(2)O年排放量分别增加22.8%和24.9%,CO_(2)年排放量分别增加6.7%和8.0%;旱地农田CH_(4)年吸收量呈下降趋势,两个气候情景下分别减少13.6%和13.4%。未来气候情景下旱地农田仍是温室气体排放源,优化氮肥管理和农田耕作措施对实现温室气体减排具有重要意义,模拟结果可以为制定农业适应气候变化对策提供基础数据支持。

极区温室气体浓度和排放与气候变化

地球两极是温室气体和大气污染物质的重要源、汇区 ,对全球气候环境变化的响应和反馈极为敏感 ,是全球大气环境监测的重要本底区域。本文系统地论述了极区CO2 、CH4、N2 O等温室气体研究的历史现状 ,包括南、北极地区温室气体浓度的变化与全球气候变化的关系 ;极区冻土CO2 、CH4、N2 O的排放及其与气候变化的响应关系 ;展望了极区温室气体研究的发展趋势 ;

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH4和N2O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景(低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明:2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH4从1135.37万t CO2e上升至1501.45万t CO2e,N2O从2651.08万t CO2e上升为2787.05万t CO2e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH4和N2O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH4和N2O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO2e;中减排情景和高减排情景下CH4峰值点分别出现在2027和2025年,而N2O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH4排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N2O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH4和N2O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。

CMIP6情景中主要温室气体和气溶胶排放强度的时空分布特征分析

基于不同共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)形成的8组最新的未来可能情景(SSPx-y情景),被用于第六次耦合模式比较计划(CMIP6),以据此来预估未来气候变化的可能幅度和趋势。本文主要对比分析了8组SSPx-y新情景中主要温室气体和气溶胶排放数据的基准年排放强度分布、未来排放强度的时空变化、以及在6个典型区域排放强度的逐年变化等特征。结果表明:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、黑碳(BC)、二氧化硫(SO2)在基准年的排放强度高值区都位于东亚和南亚。相比于基准年,2100年CO2和CH4在高和低辐射强迫情景下表现出的排放强度变化有显著差异。此外,所有情景下2100年的BC和SO2全球平均排放强度都弱于基准年的排放强度。在时间变化上,随着生物质能碳捕获与封存技术的不断进步,所有地区在4组不超过3.4 W/m2的低辐射强迫情景下,CO2排放强度到2100年都呈现负值。其中,南美洲的负排放最强,2100年在SSP5-3.4情景下该地区的排放强度为-0.3 kg m^-2 a^-1。最后,对比东亚和南亚排放强度的逐年变化可以发现,在各情景所描述的未来发展过程中,东亚的减排行动的成效都要好于南亚。

新一代温室气体排放情景下安徽省未来气候变化预估分析

基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的新一代排放情景,和中国气象局发布的"中国地区气候变化预估数据集V3.0",针对安徽省,笔者选择1971—2000年作为基准期,采用区域气候模式模拟的方法,对比分析安徽省未来气候变化特征,重点评估近期内即未来20年气候变化趋势。模拟结果显示,未来20年不同情景下安徽省平均气温均为上升,全省平均增温幅度约0.9~1.1℃;而降水量变化具有不同特征,较低排放情景下降水量以上升为主,高排放情景则以下降为主。到2050s全省平均气温相比于基准期将升高1.6~1.7℃,升温幅度呈现北高南低的特征;全省降水量相比于基准期将下降50~90 mm,各地降水量均呈下降趋势。另外,通过对降水和气温的模拟,预估未来该地区旱涝演替更加频繁,高温热浪等事件也将进一步频发。

中、高温室气体排放情景下2069~2098年中国冬小麦气候适宜种植分区对比

基于温度、降水、光照等指标,通过利用区域气候模式所预估的分辨率为1°(纬度)×1°(经度)的未来气候预估数据,对1981~2005年的基准期和RCP4.5、RCP8.5两排放情景下2069~2098年中国热量资源以及冬小麦种植界限、理论生育期和气候适宜种植分区的空间分布特征进行了对比分析。研究主要结论为:与基准期相比,两未来气候变化情景下我国热量资源、冬小麦种植条件与气候适宜性差异显著。且相比于RCP4.5情景,在RCP8.5情景下中国2069~2098年多数地区热量资源增加、冬小麦种植北界和南界北移东扩、可种植面积扩大,多数区域理论适宜播种期推迟、理论成熟期提前、潜在生长季缩短,且潜在生长季内的光—温—水配置使得冬小麦气候适宜性有所提高。但由于冬小麦为喜凉作物,对高温胁迫非常敏感,RCP8.5情景下更多的极端高温天气和不对称增温等因素带来的负面影响很可能抵消前述光—温—水配置所带来的有利影响,从而降低冬小麦的种植适宜性。因此,未来研究工作仍应致力于减缓气候变化,以保障我国粮食生产的安全。

大气CO_(2)浓度升高对华北夏玉米地温室气体排放的影响

开展大气CO_(2)浓度升高对华北夏玉米地温室气体排放的影响可为未来气候变化下农业温室气体减排提供依据。研究基于已稳定运行10年的华北典型一年两季自由大气CO_(2)富集平台进行,于2017年设置2个处理,即常规浓度CO_(2)(aCO_(2),平均400μmol·mol^(-1))和高浓度CO_(2)(eCO_(2),550μmol·mol^(-1)),2018年在不同CO_(2)浓度下增设低氮(LN)和高氮(HN)水平下的不同CO_(2)浓度处理(即aCO_(2)-LN、aCO_(2)-HN、eCO_(2)-LN、eCO_(2)-HN)开展试验,监测和分析不同处理下土壤CO_(2)及N_(2)O排放通量特征,结合土壤硝化潜势和反硝化潜势测定解析N_(2)O排放量变化的可能原因。结果表明,eCO_(2)下夏玉米生育期农田N_(2)O和CO_(2)累积排放量分别比aCO_(2)下显著增加45.5%~65.9%和16.7%~19.2%;N_(2)O排放增加主要发生在施肥、灌溉和降雨后,而土壤CO_(2)在玉米营养生长期排放量较高。eCO_(2)条件下土壤硝化潜势和反硝化潜势分别比aCO_(2)下提高了36.4%和59.0%,对土壤N_(2)O排放有贡献潜力。eCO_(2)下,N_(2)O减排需结合排放机理采取合理的田间管理和水肥调控措施。

中国电力行业1990-2050年温室气体排放研究

采用《国家温室气体清单指南》推荐方法,估算了1990—2014年中国各省份电力行业的温室气体排放水平。研究时期内,中国电力行业排放增长6.2倍,达到38.0（95%信度区间为31.3～46.0）亿tCO2当量（CO2-eq）,而各省排放水平及其变化趋势呈现出显著的差异,排放重心向西部省份转移,内蒙古成为全国电力行业排放最大的省份。同时基于未来电源结构的发展方案,预测了2015—2050年不同电力需求情景下电力行业温室气体排放的变化趋势和达到排放峰值情况。电力需求高增速情景下2034年达到排放峰值59.5（49.3～71.8）亿t CO2-eq,而低增速情景可以提前至2031年达到排放峰值,且峰值水平下降7.7（6.3～9.3）亿tCO2-eq。

中国畜牧业温室气体排放的脱钩与预测分析

面对日益严峻的温室气体排放形势,中国做出到2030年左右二氧化碳排放达到峰值的承诺,其中畜牧业成为重要减排领域,因此,研究中国畜牧业温室气体排放现状及趋势尤为必要。基于2000—2014年省级面板数据,在参考《省级温室气体排放清单指南》测算畜牧业温室气体排放量基础上,借助Tapio脱钩模型分析畜牧业温室气体排放与经济发展之间的关系,采用LMDI模型分解其影响因素,并构建不同情景对2020年畜牧业温室气体排放目标进行分析。研究结果表明:畜牧业温室气体排放量总体呈下降趋势,非奶牛减排明显,是下降主因,但其仍处于50%水平之上,排放量达18180.54万t;羊、生猪、奶牛排放量增加,分别为7072.56万t、6202.69万t、4359.97万t。畜牧业温室气体排放脱钩效应比较理想,全国以弱脱钩状态为主,但经历波动变化、相对平稳、持续上升3个发展阶段,脱钩状态不稳定。综合效应在国家层面呈倒“U”型特征,但在省份间差异明显;生产效率效应是国家和省份减排的最大贡献者,经济发展效应则是增排的最主要推动因素;综合效应差异主要来自产业结构效应和劳动力效应的不同。2020年畜牧业温室气体排放远超管控目标,预测区间端点值分别超过目标12.84%和34.71%,减排压力大。因此,应调整产业结构,适当进口畜产品;针对不同地区脱钩状态差别化治理,提高养殖效率;明确畜牧业减排目标,分解管控任务。