乔纳森·福利和Navin Ramankutty

陆地生物圈是全球碳循环中的一个重要组成部分。通过光合作用碳带进陆地生物圈,它是通过植物的呼吸作用释放回大气中,微生物呼吸(或“分解”),火灾,一些人类土地利用实践。有时当光合作用超过植物呼吸作用的总和,微生物呼吸、火灾、和土地使用的版本中,有一个净碳汇从大气中碳的生态系统。当光合作用小于另一项的和,有一个从生态系统净源大气。

在季节性时间表,得失陆地生态系统的碳是明显的细微变化的大气中的二氧化碳concentrations-the季节性“摆动”的莫纳罗亚山这一现象的曲线是一个著名的例子。但它在长时间尺度上,从几十到几百年,陆地生物圈的碳循环可以显著影响大气中二氧化碳水平,成为重要的气候系统。raybet雷竞技最新在这些更长的时间尺度,存储在陆地生物圈的碳的数量是平衡的结果净初级生产力(NPP),通过光合作用碳的净积累-植物呼吸超过一年)通过分解和碳损失,土地使用、火灾和其他干扰(图14.1)。

目前科学界认为陆地生物圈表演,平均而言,作为一个净碳汇的大气碳排放那么简单。事实上,陆地生态系统似乎吸收人为二氧化碳排放的一个重要部分(从化石燃料的燃烧,在较小程度上,水泥生产)在过去几decades-thereby保持大气二氧化碳水平低于正常。

图14.1。陆地、海洋和大气碳池之间的关系。改编自Foley et al . (2003)。

陆地生物圈,实际上,一直“补贴”的一部分我们的化石燃料emissions-keeping这些大气中的二氧化碳排放的重要组成部分。

一些基本的数字说明这一点。在1990年代的十年,人类活动释放大约6每年分点的碳包括y-1)从燃烧化石燃料和水泥生产(普伦蒂斯et al . 2001年)。在同一时期,人类可能已经释放另一个1 2包括y-1通过土地利用实践为主热带森林砍伐豪顿(2000)。综上所述,这些化石燃料和土地利用碳排放应该导致一个7 - 8 Pg增加每年大气的碳含量。观测的大气二氧化碳水平,然而,表明只有约一半的这种人为碳排放是大气中积累——所谓的空降分数。人为碳排放的另一半,就目前而言,显然沉浸在海洋和陆地生物圈(Bousquet et al . 2000;普伦蒂斯et al . 2001;丢弃et al . 2001年)。

最近的分析试图决定命运的人为二氧化碳排放在大气中,海洋和陆地生物圈。现在有压倒性的证据表明,海洋和陆地生物圈一起吸收近2

表14.1。估计全球人为二氧化碳排放预算报告的政府间气候变化专门委员会的第三份评估报告(普伦蒂斯et al . 2001年)

1980年代1990年代指标

增加大气中的二氧化碳水平测量3.3±0.1 - 3.2±0.1

人为排放的ios版雷竞技官网入口 和水泥生产5.4±0.3 - 6.4±0.4

净海气通量的碳-1.9±0.6 - -1.7±0.5

净land-atmosphere碳通量(包括所有来源从土地-0.2±0.7 - -1.4±0.7,如热带森林砍伐,以及所有陆地碳汇)

注:单位包括每年碳(1015克)。

30亿吨的人为二氧化碳排放每年达到我们可以开始估计海洋和陆地之间的近似分解吸收。例如,在第三次评估报告政府间气候变化专门委员会(IPCC),普伦蒂斯等人报道,陆地生物圈吸收约1.4热解色谱y-1(或大约22%的人为排放)在1990年代以raybet雷竞技最新及近0.2热解色谱y-1(或大约4%的人为排放)在1980年代(普伦蒂斯et al . 2001;表14.1)。

但如何确定这些估计吗?即使我们可以大致估计二氧化碳的吸收由陆地生态系统和海洋,我们不知道如何将这些在未来将会改变。和作为人类继续泵越来越多的二氧化碳到大气中,我们需要记住,陆地生物圈可能并不总是继续吸收如此庞大的排放。如果陆地生物圈停止吸收那么多的排放吗?如果陆地生物圈开始释放出二氧化碳而不是吸收吗?要解决这些问题,我们需要了解控制陆地生物圈中碳的吸收。

我们如何能估计陆地源和汇的大小呢?

联合国政府间气候变化专门委员会的第三份评估报告,普伦蒂斯等人报道估计人为碳排放的净吸收的陆地生物圈:这些估计包括所有陆地碳来源的平衡(从森林砍伐和其他土地利用实践)和所有陆地碳汇(所谓的残余地面下沉水槽或失踪)。

净陆地碳吸收的估计显示相当大的变化在过去的二十年中:从-0.2(±0.7)包括y-1在1980年代至-1.4(±0.7)包括y-1在1990年代(负号指示一个水槽,或陆地碳吸收;普伦蒂斯et al . 2001年)。这些数据主要是用两个因素:(1)整体全球碳预算约束(减去测量大气从人为排放总量增加,这都被认为是可靠的估计,给海洋和陆地生物圈的吸收相结合);和(2)的海洋与陆地碳吸收表示通过同时测量大气中的二氧化碳和氧气,测量大气中的813 c,和海洋碳循环模型的结果(见附件14.1)。Le Quere et al。(2003)最近更新了普伦蒂斯等人的估计海洋和陆地碳汇和产生新的数据净陆地碳吸收在1980年代(-0.3±0.9热解色谱y-1)和1990年代(-1.2±0.8热解色谱y-1)。

确定为什么有如此大的差异之间的净地面吸收1980年代和1990年代,这在未来可能会改变,我们必须将这个净吸收值分解成不同的大气碳源和汇在陆地生态系统。

估算陆地碳源的大小

热带森林砍伐和土地利用实践,如继续温带地区农业生产,可能导致从生态系统碳的损失。特别是,刀耕火种的农业实践在热带地区(主要森林砍伐牧场和农田)可能导致的碳到大气中一个重要来源。

在一系列的重点论文,霍顿和他的同事估计陆地碳平衡的变化与土地利用和土地覆盖变化的历史模式(霍顿et al . 1983;霍顿在1999年,2003年)。这些估计是基于国家土地使用库存(每个区域的使用历史数据收集,包括农业普查记录报告给联合国粮食及农业组织(粮农组织))和一个简单的“记账”的生态系统碳循环模型。霍顿的簿记模型、土地利用和土地覆盖的变化驱动改变陆地碳存储通过一系列启发式规则对生态系统碳池(包括植被和土壤)应对土地利用实践。此外,碳从陆地生态系统(如木制品,农产品)是跟踪和允许分解或氧化回到大气中时间尺度范围从1到100年。

霍顿的估计从土地利用和土地覆盖变化的碳排放已经广泛用于全球人为碳预算。1980年代的霍顿估计土地利用和土地覆盖变化约2.0发布包括y-1到大气中(霍顿1999)。这个结果意味着有一个大水池的陆地生物圈中碳为了使净land-atmosphere通量平衡只有-0.2热解色谱y-1。霍顿的土地利用碳排放会计估计意味着有一个“残余”地面下沉近-2.2热解色谱y-1在1980年代(参见表14.2;普伦蒂斯et al . 2001;房子et al . 2003年)。

表14.2。全球人为二氧化碳排放预算的1980年代,使用霍顿(1999)土地利用碳排放估算

1980年代的碳通量霍顿预算

大气增加3.3

人为排放5.4

净海气通量-1.9

净land-atmosphere通量-0.2

2.0模拟土地利用碳排放

隐含残余陆地下沉-2.2

注:单位包括每年碳(1015克)。

这些估计的陆地碳源(~ 2包括y-1从土地利用)和陆地碳汇(1 ~ 2.2包括积累在ecosystems-the所谓的失踪水槽)形成了我们理解全球碳循环的基础在过去的十年。

几个方面在这个全球碳预算比其他人有更高程度的确定性。例如,有几种不同的估计大气中增加的二氧化碳(~ 3.3热解色谱y-1在1980年代)和化石燃料的排放速率(~ 5.4热解色谱y-1在1980年代):这可能是“著名”术语在全球碳预算。此外,碳的净通量的分区到海洋和陆地生物圈也受到二氧化碳,氧气,和813 c测量(见附件14.1)。此外,吸收碳的海洋已经被许多不同的海洋估计模型,通常同意基于预算估计(Le Quere Metzl,第十二章,本卷)。因此,人为全球碳预算的最不确定的方面是陆地的故障来源(来自土地利用)和地面下沉(所谓的剩余或失踪水槽)。

直到最近,霍顿的结果是唯一可用的土地利用碳排放的估算。但在过去的几年里,几个独立的估计碳循环的这一部分已经被提出。其中一个新的估计是由碳循环模型联系项目(CCMLP) (McGuire et al . 2001年)。

CCMLP旨在评估陆地背后的可能机制碳源和汇,使用各种新的建模工具和数据集(McGuire et al . 2001年)。特别是CCMLP使用四种不同的基于流程的陆地生态系统模型由历史气候、二氧化碳,和土地利用数据。raybet雷竞技最新本研究最新颖的一个方面是使用可用的新历史土地利用数据从Ramankutty和福利(1999),提出了估计的程度农业用地0.5°0.5°gridcell(在一边~ 50公里)每年从1700年到1992年。

284我四碳循环的土地

表14.3。比较全球人为二氧化碳排放预算的1980年代

1980年代的碳通量	霍顿预算	CCMLP预算
大气增加	3.3	3.3
人为排放	5.4	5.4
净海气通量	-1.9	-1.9
净land-atmosphere通量	-0.2	-0.2
模拟土地利用碳排放	2.0	1.0到1.7
隐含残余地面下沉	-2.2	-1.2到-1.9

*使用两种不同的土地利用估计emissions-Houghton(1999)和CCMLP(看到McGuire et al . 2001;普伦蒂斯et al . 2001;房子et al . 2003年)。

注意:需要注意的是,CCMLP估计碳排放的0.6 - -1.0热解色谱y-1由于耕地变化。我们规模60%的比例(霍顿的农田土地利用排放总量排放),估计一个CCMLP 1.0 - -1.7的总土地利用变化包括y-1。单位是在包括每年碳(1015克)。

*使用两种不同的土地利用估计emissions-Houghton(1999)和CCMLP(看到McGuire et al . 2001;普伦蒂斯et al . 2001;房子et al . 2003年)。

注意:需要注意的是,CCMLP估计碳排放的0.6 - -1.0热解色谱y-1由于耕地变化。我们规模60%的比例(霍顿的农田土地利用排放总量排放),估计一个CCMLP 1.0 - -1.7的总土地利用变化包括y-1。单位是在包括每年碳(1015克)。

CCMLP运动模型在三种不同的方式,每个陆地碳动力学的考虑不同组合的司机:(1)二氧化碳的变化;(2)二氧化碳和气候变化raybet雷竞技最新联系在一起;和(3)土地利用、二氧化碳和气候一起改变。raybet雷竞技最新这三个与四个不同的模型进行了模拟,每个运行从1800年代中期到1990年代初(McGuire et al . 2001年)。

只考虑二氧化碳的排放量从土地利用和土地覆盖变化在1980年代,CCMLP结果从霍顿的截然不同。霍顿(1999)估计土地利用实践大约2日公布包括y-1在1980年代,而CCMLP(使用四种不同的模型)估计土地利用碳排放从1.0到1.7范围包括y-1(或50%到85%的霍顿的估计)。

使用这两种不同的土地利用估计排放在全球碳预算,我们可以看到,有一个主要的区别在两个地面条件。霍顿的土地利用碳排放估算,隐含“残余”陆地碳汇约2.2热解色谱y-1。然而,使用CCMLP估计土地利用碳排放,隐含“残余”水槽范围从1.2到1.9 Pg C y-1(表14.3;McGuire et al . 2001;普伦蒂斯et al . 2001;房子et al . 2003年)。

到目前为止,没有确凿证据为什么霍顿和CCMLP估计土地利用碳排放(和陆地生态系统的隐含残余下沉)是如此不同。可以躺在底层的土地利用数据的差异(例如,Ramankutty和福利使用农田面积估计从联合国粮农组织数据库,而霍顿估计耕地变化基于其他森林砍伐统计)或通过生态系统碳流动的模拟(霍顿簿记模型用于几个大的地区,而McGuire等人使用四个基于过程的生态系统模型在每个0.5°0.5°gridcell的世界)。目前这两个组一起工作来理解两个估计的差异,以及他们如何在未来可以和好(例如,et al . 2003年)。

另外两个最近的研究(Archard et al . 2002;DeFries et al . 2002年)也质疑原土地利用碳排放估算的霍顿。DeFries等人估计土地利用排放~ 0.6(-0.8±0.3)包括y-1在1980年代(相比之下,霍顿的估计每年20亿吨),和~ 0.9(-1.4±0.5)包括y-1在1990年代(相比之下,霍顿的估计每年22亿吨)。一个类似的估计是由Archard et al .,提出土地利用排放1.0(±0.2)包括y-1在1990年代。尽管CCMLP, DeFries et al ., Archard等人估计似乎都指向土地利用碳排放显著低于霍顿,目前还不清楚,估计是最准确的。

在这一点上,最重要的是认识到这一点:我们可能限制整个陆地生态系统和大气之间的净碳通量(使用大气测量二氧化碳、氧气和13 c;看到徒弟et al . 2001),但分解陆地碳源之间(从土地利用)和陆地碳汇仍高度不确定,可能在错误的两倍。

继续阅读:陆地碳通量估算的方法

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