全球气候变暖同CO2植物光合作用的关系

2012年春季学期植物生理学课程论文

题目：全球气候变暖同二氧化碳、植物光合作用的关系

题目：全球气候变暖同二氧化碳、植物光合作用的关系

摘要

气候变暖导致植物碳排放量增加

一项由英国和澳大利亚科学家合作开展的最新研究表明，气温升高很可能意味着植物将释放出更

多二氧化碳。

所有的植物在呼吸时都会呼出二氧化碳，这个过程每年释放的二氧化碳估计可达到600亿吨。到目前为止，气候模型预测都显示高气温将导致植物的碳排放量急剧增加。研究人员曾认为真实情况可能更加复杂，因为植物会通过减缓呼吸频率的增速来适应新的环境。但研究证实这种猜测并不正确。

科学家们将19种植物置于不同的温度条件下进行培植，监测它们的呼吸频率，然后计算出温度与衡量叶片品质的两个常用指标——单位面积的叶片质量以及叶片的氮含量——之间的关系。利用计算结果，科学家对气温升高给整个生态系统的呼吸作用造成的影响进行了预测。他们发现，陆地植物吸收碳的能力确实可能随着温度的升高而减弱。

这是首次就植物的呼吸作用对温度变化做出的反应、即植物适应环境的能力所进行的衡量，科学家们还由此建立了一个精确的跨物种图景以用于更广泛的气候模型。

研究所采用的气候模型是由英国哈德利气候预测与研究中心开发的，其默认设置不包括对环境的适应能力。模型假设，随着气候变得越来越炎热，地球上的二氧化碳排放将快速激增。这项在《全球变化生物学》杂志上发表的研究指出，在某些地区，比如热带雨林，碳排放可能会随着气温升高而降低，但就世界范围而言，其产生的作用微不足道，部分原因在于占全球林地面积40%的寒冷气候带的森林的贮碳能力会减弱。

论文作者之一、英国约克大学生物数学家乔恩皮奇福特（JonPitchford）说：“这些发现挑战了一个观念，那就是地球上的植物生命会以一种统一的方式适应不断升高的气温，同时这反过来也会帮助缓和全球变暖。”他补充说。

除了呼吸作用，植物也会通过光合作用吸收二氧化碳，释放出氧气。“这项实验给我们的告诫就是，我们仅仅只考虑到了植物碳经济方程式的一边，也就是呼吸作用。关于光合作用如何适应温度变化却没有达成清晰的认同。这是一个更加复杂的问题，需要开展更多的实验性研究。”费希尔说。她补充说，利兹大学的同僚们目前正在研究这一课题，在适当的时候，研究人员也应该能够将光合作用对温度变化的适应性融合到气候模型中来。

另一个需要更多调查的领域就是，失去相当于亚马逊雨林那么大面积的森林会有什么影响。大部分气候模型都预测气候变化会导致森林面积缩减，这也是无规划发展和木材、经济作物及畜牧用地需求不断增多可能造成的结果。这个巨大的反应掩盖了植物对环境的适应性在气候模型中相对微妙的影响。（来源：新华网陈丹）(1)

二氧化碳光合作用关键字：气候变暖．

正文

一、目前气候是否变暖，证据

1.1 20 世纪地球表面温度的上升

全球气候的变暖, 最重要的证据就是直接温度观测。但是, 要证明全球变暖并不简单,

有观测资料问题, 也有分析方法问题。首先就是如何处理单站气温观测, 得到一个代表全球的气温序列。在过去的研究中曾经有30 多位作者作了这方面的尝试。经过时间的考验, 到[2][3][4]三家。(Vinnikov) 及俄国、美国(Hansen), 20世纪80年末至90年代初形成了英国(Jones)[5],但是这是在Hansen的基础上作了一些修改得到的。后来又增加了Peterson 的序列尽管原始资料差不多, 但这4个序列的结果却并不完全一致。例如1998年可能是有观测资料以来[6] , 分别是0177℃、4个序列所给出来的气温距平却不相同0155℃、的最暖的一年。但是这0.59℃及0.87℃, 差异不小。其中第2和第3序列气温距平值偏小,可能是由于对海岛及南极所给的权重较大所致。

但是,这4个序列主要是陆地气温的平均,所以还要加上海面温度(SST)才能得到全球平[7][8]。这种订正是有效的用订正,最近的气候模拟证明与均。FollandParker对SST作了订正,后的SST与海冰强迫大气环流模式(HadCM3)模拟的陆面气温与观测值的一致性比用未订正SST 时高得多,可见订正是合适的。有了全球格点气温(或SST)以后,一般按格点所代表面积[9]提出Shen 等加权平均得到全球平均温度, 过去的两次评估报告都是这样做的。但是近来最优平均法(Optimum averaging method)。这个方法用经验正交函数( EOF)代替相关函数, 对不确定性较大的地区, 给予较小的权重, 这样能更好地考虑资料的缺测。用新的方法求得的半球平均温度, 改变最大的是1860's 前期。新方法得到的北半球温度比过去的结果要高0.2 ℃左右,在1880～1920年期间新方法的结果北半球降低, 南半球升高, 全球平均略有降低。但1930's到1940's初稍有升高,1960's中期以后用新方法求得的平均值与第2次评估报告差别不大。用新方法求得的1998年全球平均温度距平为0.55℃,如果仍用老方法求平均则为0.58℃。新平均方法给出的逐年平均温度排序与过去变化不大,1861年以来10个最暖的年份均出现于1980年之后, 其中8个在1990's。

不仅是全球平均温度,对温度变化趋势的计算,如果用不同的方法其结果也有所改变。[10]提出一种称为有限最大相似法( restricted Diggle等maximum likelihood method)。这种方法可以考虑温度随时间变化的结构。当温度随时间变化比较复杂时, 所给出的标准差比用最小二乘法得到的大。根据新方法计算的变暖趋势,对1861～1999年为0.044℃/10a , 对1901～1999年为0.066℃/10a。所以无论从19世纪中到20世纪末或者对20世纪均可以说增温0.6℃左右。由于2倍标准差为0.2℃左右,因此可以说现代气候变暖的幅度约在0.4～0.8℃之间。在IPCC1995 年报告中估计为0.3～0.6℃, 最新的估计变暖强度增加, 这是由于1990's 后半升温激烈。另外由于不确定性因素造成的误差范围也有所增加, 这是使用了新的评估方法的结果。

无论如何, 气温观测资料证明20 世纪气候确实是变暖了。

1.2 气候变暖的其他证据

海洋温度: SST的变化已包括在全球地表温度变化之中。近来对海面以下海温有了新的[11]的估算, 世界海洋的最上层300m在1998年比1950's, 估计据Levitus等中温度上升了- 2[12]也证明自等1955, 这相当于从海洋表层有一个0.3Wm的向下热通量。White℃0.3±0.15年到1996年世界海洋的混合层有0.15℃的绝热增温。

探空资料显示对流层低层自对流层及平流层低层的大气温度观测序列较短。: 大气温度．

[13]。而1979增温趋势年以来的卫星微波探测则显示增温趋势为1958 年以来有0.1℃/10a

[14]。但是, 1976～1999年全球地表气温的增温趋势为0.19℃/10a , 可见对流层低0.05℃/10a[15] ,

而且高度愈高温度下层气温上升幅度不如地表面温度大。而平流层温度则下降趋势明显降幅度愈大, 15km为- 0.5℃/10a、2035km为-0.8℃/10a、50km为-2.5℃/10a。但是1963年的Agung、1982年El Chichon、及1991年Pinatubo火山爆发均造成显著的气温上升,使平流层低层气温上升1.5 ℃左右,大约在1～2年之后气温又回落到火山爆发前的水平。一般认为平流层总的温度下降趋势与平流层O的耗损有关, 水汽与CO红外辐射气体的增加也有一定23作用。

[16][17]整理的616个钻孔温度剖面, 200～1000m根据Huang等深与Pollack等钻孔温度:

的地下温度在20世纪上升了0.5℃。大约80%钻孔的温度是上升的。

陆地雪盖: 1966年以来的北半球年平均雪盖面积有减少趋势。但是下降是不均匀的,在下62)

km平均2513×10～8a振荡。前期下降明显, 1980's 中以来约减少10% (降趋势上迭加有7[18]。雪盖面积的减少主要出现在春、夏两季。这可能是气温上升的结果。雪盖面积与积雪区气温的相关系数达到- 0.60 。重建的雪盖序列表明最近10a春夏雪盖可能是20世纪的最[19] ,前苏联雪盖也有类似的变化。这可能反映低值。但是北美冬季的雪盖可能有增加的趋势由于气候变暖北半球中纬度冬季降水增加。

海冰: 1973年以来卫星观测北极的海冰面积也有下降趋势。同时有5～6 年的振荡。自[20]。重建的20世纪北半球海冰序列表明20年至今,北极海冰面积可能减少2.8%世纪后1978[21]。秋季变化