全球碳循环与中国百年气候变化

第３ ０卷 第 ３期 ２ ０ １ ０年 ５月
第 四 纪 研 究 Ｑ Ｕ Ａ Ｔ Ｅ Ｒ Ｎ Ａ Ｒ Ｙ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ｓ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ０ ， Ｎ ｏ ． ３ Ｍａ ｙ ，２ ０ １ ０
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ７ ４ １ ０ ． ２ ０ １ ０ ． ０ ３ ． ０ １
能够成功再现全球平均气温在过去百年的 实 际 演 变。 就 全 球 年 平 均 温 度 在 １ ８ ８ ０～１ ９ ９ ９年 的 变 化 而 言， 在自然因 子和人为因子的共同强迫作用下， 参加 Ｉ Ｐ Ｃ ＣＡ Ｒ ４的 １ ９个耦合模式集合模拟的变暖趋势为 ０ ６ ７ ℃／ １ ０ ０ ａ ， 非常 接 近
［ ２ ］ ２ ± ０ １ Ｇ ｔ Ｃ ／ ａ 和海洋吸收的碳为 ２ ２ ± ０ ４ Ｇ ｔ Ｃ ／ ａ 。碳源比碳汇高出 ２ ６ ［ ０ ９～ ４ ３ ］ ， 这部分目前学术 碳为 ３ Ｇ ｔ Ｃ／ ａ ［ ２ ］ 界还不能解释的碳汇被称为“ 碳失汇” 。北半球陆地生态系统是寻找“ 碳失 汇 ” 的 重 要 方 向。 目 前 多 数 气 候 模 式
２ １ ］ 间［ ， 与近百年的温度持续变化趋 势不相 符合 而且
。
中国的温度变 化 呈 地 区 性 和 季 节 性， 增暖地区 主要在 黄 河 以 北 的 北 方 地 区， 包 括 东 北、 华 北、 西
１ ４ ， １ ５ ］ 北［ 和青藏高原北部， 最显著的季节在冬季和春
火山爆发的时间是不 确定的。 ２ ０ ０ ７年 Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ第 四 次
在的高浓度气溶胶， 能在很大程度上影响中国区域的气候变化。由于气候变化同时 受 地 球 系 统 的 自 然 变 率 和 人 为 因子的影响， 更进一步了解全球碳循环对中国近百年气候变化的影响还依赖于地球气 候 系 统 模 式 对 各 种 自 然 和 人 为气候强迫的模拟准确性， 特别需要结合观测和模拟减小陆地生态系统碳源汇的不确定性。 主题词 温室气体 气候变化 碳循环 中图分类号 Ｐ ４ ６ ７ 文献标识码 Ａ
个相对较 冷时期， １ ９ ２ ０～ １ ９ ５ ０年是 本世纪 第一 个 暖 期， 然后于 ５ ０年代气温急剧下降， 随后呈波动变化。 ０年代 后 期 气 温 又 急 剧 上 升， 进入一个暖期至 自７ 今
［ １ ３ ］
作用的净影响。影 响 气 候 变 化 的 因 子 有 很 多， 包括 温室气体和气溶胶 等 人 为 因 子 以 及 火 山 爆 发、 太阳 辐射变化等自然因子。但是像火山爆发这样的自然 因子 引 起 的 降 温 持 续 的 时 间 尺 度 只 有 ２～３年 时
各曲线相 当 吻 合， 有 很 明 显 的 上 升 趋 势。 然 而， 在 １ ９ ５ ０年以前， 各曲线差异 明 显。造 成 这 种 差 异 的 原 因， 可能主要与所用 资 料 以 及 平 均 气 温 统 计 方 法 不 同等因素有关。在 近 百 年 间， 我国东部气候在年代 ０世 际尺度上经历 了 ３次 主 要 转 型：分 别 发 生 在 ２ 纪２ ０年代和 ７ ０年代中后期的二次从相对冷期 向暖 ０年代早期的一次从相对暖 期的转变， 以及发生在 ５
［ １ ８ ］
暖的主要原因。探究各因子对大气顶层辐射平衡的 影响， 人为因子比自 然 因 子 的 影 响 更 为 明 显 和 强 烈 （ 图３ ） ， 特别是人为产生的 Ｃ Ｏ ， Ｃ Ｈ Ｏ以及气 ２ ４和 Ｎ ２ 溶胶对辐射强迫的影响强度。温室气体吸收来自地 面的长波辐射， 加热 大 气 的 同 时 向 下 发 射 长 波 辐 射 Ｏ 加 热 地 面。 大 气 Ｃ ２ 浓 度 已 从 工 业 化 前 的 约
２ ］ 评估 报 告 ［ 指出人类活动“ 很可能” 是导致气候变
季， 冬季增暖比夏季明显 势
［ １ ７ ］
［ １ ２ ， １ ６ ］
， 长江中下游地区的
温度有降低趋势， 而其北部和南部地区则有升温趋 。夏季气温的年代际变化与年平 均明 显 不同， 表现为 １ ９ ７ ０年中后期之后， 长江中下游地区的夏季 并不是增温的， 而 恰 恰 相 反 是 降 温 的， 经常出现“ 凉 夏” （ 图２ ） 。这些结 果 与 夏 季 风 降 水 北 边 缘 带 有 很 大的年代 际 变 率
１ ］ 业 化前的约 ２ ８ ０ ｐ ｐ ｍ 增加到了 ２ ０ ０ ８年的 ３ ８ ５ ２ ｐ ｐ ｍ［ 。２ ０世纪 ９ ０年代期间， 全球碳源为 ８ ０ Ｇ ｔ Ｃ／ ａ （ １ Ｇ ｔ ＝ １ ０亿吨） ，
包括化石燃料燃烧产生的碳（ ６ ４ ± ０ ４ Ｇ ｔ Ｃ／ ａ ） 和土地利用变化产生的碳 １ ６ ［ ０ ５～ ２ ７ ］ 。同时大气中增加的 Ｇ ｔ Ｃ／ ａ
５ ， ６ ］ 成为我国近百年 来 最 暖 的 一 年 ［ 。 图 １是 不 同 研 ５ ］ 究所得的近百年中国气温序列 ［ 。在 １ ９ ５ １年以后，
。Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ第 四
次气 候 变 化 评 估 报 告 给 出 的 １ ０ ０年 （ １ ９ ０ ６～２ ０ ０ ５ 年） 全球平均温度增加为 ０ ７ ４ ［ ０ ５ ６～ ０ ９ ２ ］ ℃ 。近 ５ ０年 的 线 性 变 暖 趋 势 为 每 １ ０年 ０ １ ３［ ０ １ ０～ ］ ℃， 约为近 百 年 变 暖 趋 势 的 两 倍。 根 据 全 球 ０ １ ６ 地表温 度 器 测 资 料， 最近 １ ２年 中 （ １ ９ ９ ５～２ ０ ０ ６年 ） １年位列自 １ ８ ５ ０年以来最暖的年份。由于北极 有１ 平均温度几乎以两 倍 于 全 球 平 均 速 率 的 速 度 升 高， １ ９ ７ ８年以来的卫星资料显 示， 北极年平均海冰面积 以每 １ ０年 ２ ７ ％［ ２ １ ％至 ３ ３ ％］ 的速 率退 缩， 较大 幅度的退缩出 现 在 夏 季， 为每 １ ０年 ７ ４ ％［ ５ ０ ％～ ９ ８ ％］ 。观测表明 １ ９ ６ １年以来， 全 球海洋 平均温 度 ０ ０ ０ ｍ 深 度， 海洋已经并且正 的增加已延伸到至少 ３
第一作者简介： 廖 宏 女 ４ ４岁 研究员 大气环境与气候变化的数值模拟专业 Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｏ ｎ ｇ ｌ ｉ ａ ｏ ＠ ｍ ａ ｉ ｌ ｉ ａ ｐ ａ ｃ ｃ ｎ 国家自然科学基金项目（ 批准号：４ ０ ８ ２ ５ ０ １ ６和 ９ ０ ７ １ １ ０ ０ ４ ） 和公益性行业（ 气象） 科研专项项目（ 批准号：Ｇ Ｙ Ｈ Ｙ ２ ０ ０ ９ ０ ６ ０ ２ ０ ） 资助 ２ ０ １ ０ － ０ ２ － ０ ８收稿， ２ ０ １ ０ － ０ ３ － ０ ６收修改稿
为近 ２ ０年 （ １ ９ ７ ９～１ ９ ９ ８ 年 ）的 平 均 值 减 去 早 期 ２ ８年
１ ７ ］ （ １ ９ ５ １～ １ ９ ７ ８年） 的平均值 ［ ；引自参考文献［ １ ７ ］ 的图 ３
用英国 Ｃ 据 集， 抽取中国
资料按网格面积加权法生成的中国气温序列
期向冷期的转变， 这与北半球气温跃变点是基本一
１ ２ ］ 致的 ［ 。从气温变化 来 看， ２ ０世 纪 的 前 ２ ０年 是 一
ｆ ｏ ｒ ｍ ｅ ｒ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ （ １ ９ ５ １～ １ ９ ７ ８ ） （ ｕ ｎ ｉ ｔ ： ｍ ｍ ） ． （ ｂ ） Ｔ ｈ ｅｓ ａ ｍ ｅ
［ １ ７ ］ ａ ｓ Ｆ ｉ ｇ ． ２ （ ａ ） ， ｂ ｕ ｔ ｆ ｏ ｒ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ （ ｕ ｎ ｉ ｔ ：℃ ）
４ ４ ６
第 四 纪 研 究
２ ０ １ ０年
［ ５ ］ 图１ 中国温度距平序列（ 相对 １ ９ ７ １～ ２ ０ ０ ０年标准值） ７ ］ ＷＹ Ｇ序列为王绍武等 ［ 综合使用平均 气 温 和 由 气 温 等 级 转 换 的 气
温距平资料， 将全国分为 １ ０个区， 在得到各区的年温度序列后按各 区面积计算权重系数， 做加 权 平 均 得 到 １ ８ ８ ０年 到 １ ９ ９ ６年 全 国 年 平
文章编号 １ ０ ０ １ － ７ ４ １ ０ （ ２ ０ １ ０ ） ０ ３ － ４ ４ ５ － １ １
全球碳循环与中国百年气候变化
廖 宏 朱懿旦
（ 中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室， 北京 １ ０ ０ ０ ２ ９ ）
摘要 文章总结近百年来中国气候变化的特点、 人类活动对碳循环的影响以及温室 气 体 气 候 效 应 的 模 式 研 究 结 果。近百年来， 中国年平均温度呈上升趋势， 但温度变化具地区性和季节性 特 征。 近 ５ ０年 观 测 到 的 冬 季 增 温 最 为 Ｏ 明显， 长江中下游地区夏季地区还出现了降温。人类活动被认为是导致全球变暖的重要原因。大 气 Ｃ ２ 浓度从工
１ 引言
近百年来， 观测数据显示全球平均气温升高、 大 范围的雪和 冰 融 化 以 及 海 平 面 上 升
［ ２ ］
在吸收 ８ ０ ％ 以 上 被 增 添 到 气 候 系 统 的 热 量。 这 一 变暖引起海水膨 胀， 并 造 成 海 平 面 上 升。 观 测 也 表 ９ ６ １年至 ２ ０ ０ ３年 期 间， 全球平均海平面上升 明在 １ ８ ［ １ ３～ ２ ３ ］ ｍ ｍ／ ａ 。 的平均速率为 １ 在全球气候变 暖 的 背 景 下， 我国的气候也发生 了很大的变化。从 １ ９ ０ ６年到 ２ ０ ０ ５年中国的年 平均 气温上升了 ０ ７ ８ ± ０ ２ ７ ℃， ２ ０ ０ ７年已经代替 １ ９ ９ ８年
［ ３ ］ ［ ３ ］ 观测的 ０ ５ ３ ℃／ １ ０ ０ ａ 。多模式集合的结果与观测序列的相关系数可以达到 ０ ８ ７ ， 这种高相关系数主要来自 ２ ０
世纪的变暖趋势。１ ９个耦合模式模拟中国平均气温演变的能力较之模拟全球平均情况要差， 与实际观测值 之 间 的
［ ４ ］ 相关系数为 ０ ５ ５ 。这表明对区域尺度的气候变化而言， 其 情 况 要 比 全 球 平 均 情 况 复 杂 的 多， 特别是中国地区存
８ ］ Ｒ序列为唐国利 和 任 国 玉 ［ 用６ １ ６个 测 站 的 观 测 资 均气温序列；Ｔ
９ ０ ５年到 ２ ０ ０ １年的全国平均 气 温 序 料， 由最高、 最低气温平均得到 １
９ ］ Ｙ Ｔ序列为林学椿等 ［ 用７ １ １个 测 站 的 月 平 均 气 温 资 料， 将全 列；Ｌ
国 分为 １ ０个区， 求出各区距平后再平均得到全国气温平均序列；Ｔ Ｄ
１ ０ ］ 序列为唐国利 ［ 选取 ２ ９ １个分布相 对 均 匀 的 台 站， 由 最 高、 最低气
温平均得到的 １ ８ ７ ３年到 ２ ０ ０ ６年的全国平均气温序列；Ｃ Ｒ Ｕ序 列 为 闻新宇等
［ １ １ ］
图２ 中国区域夏季（ ７月和 ８月平均） （ ａ ） 降水（ ｍ ｍ ） 和（ ｂ ） 温度（ ℃） 变化图
５ ］ 所有序列根据最新资料延长至 ２ ０ ０ ７年 ［
Ｆ ｉ ｇ １ Ｔ ｈ ｅｔ ｉ ｍ ｅｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓｏ ｆ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅａ ｎ ｏ ｍ ａ ｌ ｙ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａ （ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅｔ ｏ１ ９ ７ １～ ２ ０ ０ ０ ）
［ ５ ］
Ｆ ｉ ｇ ． ２ （ ａ ） Ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅａ ｖ ｅ ｒ ａ ｇ ｅａ ｎ ｏ ｍ ａ ｌ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍ ｉ ｄ ｓ ｕ ｍ ｍ ｅ ｒ （ Ｊ Ａ ） ｒ ａ ｉ ｎ ｆ ａ ｌ ｌ ｉ ｎＣ ｈ ｉ ｎ ａｆ ｏ ｒ ２ ０ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ （ １ ９ ７ ９～ １ ９ ９ ８ ） ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅｔ ｏｔ ｈ ｅｍ ｅ ａ ｎｖ ａ ｌ ｕ ｅｏ ｆ ２ ８ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ