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主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？六 大自然的碳循环 -- 橡树村
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？七 人类对碳循环的干扰
碳循环里面，对于大气的二氧化碳总量的测量是最准确的。这方面，由于从1960年代开始的连续测量数据，特别是1980年代以后多个站点的连续精确测量数据，使得人们观察大气中二氧化碳的变化非常方便，精度也最高。广泛的观测也会发现一些新现象，比如，人们现在发现南北半球的大气二氧化碳浓度，是有差异的。北半球的年平均大气二氧化碳浓度，要比南半球的年平均大气二氧化碳浓度高了一点点。在Keeling开始研究大气二氧化碳浓度的1960年代，这个差异还很小，在1ppm以内，数据也不够充分，但是到了1990年代，这个差异就可以确认了。更有趣的是，如果把每年的南北半球大气二氧化碳浓度差异与当年化石燃料的二氧化碳排放总量放在一起看，能看到一个很不错的线性关系：化石燃料每排放10亿吨碳，南北半球的大气二氧化碳浓度差异增加大约0.5ppm。化石燃料影响南北半球大气二氧化碳浓度的长期趋势是很明显的。如果把这条直线延伸，到化石燃料零排放的时候，南半球的大气二氧化碳浓度会比北半球的高出0.8ppm。这个现象还没有很明确的解释，可能与海洋对二氧化碳的输送有关。这个差异已经很明显了，目前的化石燃料碳排已经超过了7亿吨碳，导致的南北半球大气二氧化碳差异已经接近3ppm。造成这个变化的原因，可能与化石燃料的使用集中在北半球，增加的碳排数量过大，大气来不及进行平衡有关。当然这个线性关系不能与牛顿力学里面的线性关系比较，不同年间，这个差异的波动还是不小的，说明化石燃料排放并不是影响这个差异的唯一原因，其他的，比如大规模的森林火灾，也会对这个差异造成影响。
南北半球大气二氧化碳浓度差异与化石燃料碳排的关系
实际上从上一节也可以看出不同年间大气中二氧化碳的清除的速率本身差异就很大。这方面AR4里面的结论是，
这里面提到了一个变化通量。这个通量就是海洋或者陆地吸收从大气中吸收或者向大气中释放的碳的量。人们对海洋对二氧化碳的吸收观察的也是比较好的。这方面的方法有不少，主要有7类，详细列一下，有根据大洋表面的二氧化碳分压对气体交换的影响进行推测；可以根据大气输送二氧化碳的模型，结合不同地区大气二氧化碳浓度的差异来推测；可以观察海水里面的碳、氧、营养物质，甚至氟氯烃的变化，，结合大洋输送模型，来推测认为排放的二氧化碳比例；可以根据观察到的氟氯烃的变化推测水的年龄分布，结合大气的二氧化碳浓度历史来进行推测；可以根据大气二氧化碳浓度上升，氧气浓度下降的变化来推测；可以根据大洋和大气中C13的丰度变化来推测；也可以根据大洋模型来推测。这里面，一些方法会带来系统误差，比如会受到河流带入的无机和有机碳的影响，不过这方面可以进行系统校正。当然这个校正也会随之带来误差。在进行了校正以后，这些方法得出的结果，还是很相似的。下面的图里面列出了主要的估算结果。综合这些测量的结果，在1980年代，海洋每年吸收二氧化碳18+-8亿吨碳，在1990年代，海洋每年吸收二氧化碳22+-4亿吨碳。2000-2005年，海洋每年吸收22+-5亿吨碳。1990年代的数据比1980年代的数据精确了不少。
不同方法对碳通量的估计。上面的是海洋的，下面的是陆地的
对陆地上的大气与陆地的二氧化碳变化的观察就不这么好了。这个变化主要来自森林的变化，但是又不仅仅是森拼的变化。陆地上的生态系统太复杂，如何统计，如何汇总，总是个问题。对于这些变化的直接观测也是很有限的。使用的方法有两种，一个是直接使用人类的排放总量减去海洋的吸收量，一个就是用更加复杂的方法，根据排放的和海洋吸收的二氧化碳的同位素变化，氮氧比例变化等等来进行计算。也就是说，由于陆地上的二氧化碳消除过程很难观测，要了解陆地上的碳循环，只能使用间接方法。在TAR的时候，估算使用的是上面讲的第二个方法，不过后来发现由于氧气的变化本身要更复杂一些，所以在AR4，就用了更加简单的第一个方法。直接对这个现象进行测量的方法也有，上图里面列出了一些方法的结果，这些方法的误差还是很大的。这样的结果，及时在AR4中，1980年代，陆地平均每年吸收3+-9亿吨碳，在1990年代，陆地平均每年吸收10+-6亿吨碳。2000-2005年，陆地平均每年吸收9+-6亿吨碳。影响陆地的碳吸收或者释放的过程是在太复杂，就不详细介绍了，这里是AR4的结论。一个很明显的变化，就是基本上可以认定从1990年代开始，陆地上总的碳量已经开始增加，在人类对于毁林的行为加以控制，加大植树造林的力度之后，陆地已经可以吸收大气中的二氧化碳了。在1980年代，虽然不确定性很高，但是非常可能陆地在向大气释放二氧化碳。
1990年代不同地区陆地的碳通量
1990年代海洋碳通量
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象对于陆地吸收二氧化碳的能力影响非常大。ENSO发生在太平洋的热带地区。这个现象由海洋和大气两部分组成，洋流的部分，是在太平洋东部的表层海水变暖或者变冷现象，叫做厄尔尼诺现象，大气的部分，主要是西太平洋地区的海面压强的变化，被称为南方涛动。这个ENSO并没有一个固定的规律，不过基本上每4到12年会发生一次，最近这些年，这个现象的周期是5年。ENSO对全球的气候都具有很大的影响，会导致洪水、干旱，以及其他不少极端天气变化，还有很多相关的现象，比如干旱会导致火灾增多等。这个现象不仅仅对太平洋以及周边地区有影响，对大西洋附近也有影响，只不过有一个差不多12到18个月的滞后期。ENSO一般简称叫做厄尔尼诺，因为这个单词是西班牙文男孩的意思，并且专指刚出生的基督耶稣，所以也有人翻译成圣婴。
1997年的ENSO
ENSO与二氧化碳表面通量的关系，可以见下面这个图。这里面列出了1980年到2004年25个年头里面，全球、南半球、热带亚热带地区、北半球对二氧化碳的吸收的变化情况。这些数据都是经过了长周期平滑，消除了短期季节性信号后得到的。图上面灰色的区域，就是ENSO发生的时间，还有一个黑色的线条，这表示1991年皮纳图博火山的爆发的影响。前面已经注意到了1990年代初期大气二氧化碳的反常变化，这个变化的原因，就是1991年的这个大火山爆发。里面显示了三个版本的推测情况，橙色和青色是一个版本的陆地和海洋；红色和蓝色是一对，分别是陆地和海洋；黄色和紫色是一对，顺序也是陆地和海洋。这里面可以看到无论是那个版本的模拟，陆地上的碳循环受到ENSO的影响最严重。
碳通量变化与ENSO的关系
相关二氧化碳通量的还有两个结论，就不详细解释了。
最后一个结论，说大气中二氧化碳浓度增加可以促进植物生长，但是这个影响相对短期，可能一些人看了会不大开心。这方面会在以后详细展开。
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- 相关回复 上下关系8
🙂碳化氮 suqier 字130 2010-01-13 08:34:14
🙂我只在初高中科学课本范围...四氯化碳可是叫"有机溶剂" 月色溶溶 字5 2010-01-13 19:00:02
🙂有机化合物要特别除去一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、 蚂蚁不爱搬家 字94 2010-01-13 22:37:38
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？八 碳通量
🙂村长要掌握尺度 2 快乐是什么 字376 2010-01-13 07:25:01
🙂是打算讲浅一些了 1 橡树村 字194 2010-01-13 07:30:30
🙂这一节难懂，我看得稀里糊涂。。。等我脑子清醒些再来看看。 1 月色溶溶 字0 2010-01-13 04:59:45
🙂这一节的确乱 橡树村 字291 2010-01-13 05:06:03