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新研究揭示了地球近期记录的二氧化碳峰值事件

时间:2018-05-15  点击: 25

2015-16年度的最后一次厄尔尼诺现象影响了地球热带地区释放到大气中的二氧化碳量,导致地球近期的大气二氧化碳录得高峰。厄尔尼诺的影响在每个地区都不相同。学分:NASA / JPL-Caltech

em一项新发表的研究提供了基于空间的证据,表明地球热带地区是至少2000年以来大气中二氧化碳浓度年增长率最大的原因。 / em

科学家们怀疑2015 - 16年度有记录以来最大的厄尔尼诺现象如何成为正在进行的研究课题。研究人员分析了美国宇航局轨道碳观测-2(OCO-2)卫星的前28个月的数据,得出结论认为,南美洲,非洲和印度尼西亚热带地区厄尔尼诺有关的热量和干旱的影响是导致全球二氧化碳。该研究结果发表在“科学周刊”上,作为基于OCO-2数据的五篇研究论文的一部分。

“这三个热带地区的气体排放量比2011年增加了2.5亿吨,”刘俊杰说。 NASA喷气推进实验室(JPL)是加利福尼亚州帕萨迪纳市的研究主要作者。 “我们的分析表明,这种额外的二氧化碳解释了2011年至2015-16年高峰期大气二氧化碳增长率的差异。 OCO-2数据使我们能够量化在厄尔尼诺年间个别地区土地和大气之间的净碳交换如何受到影响。“千兆吨是十亿吨。

在2015年和2016年,OCO-2记录的大气二氧化碳增长量比这些观测前几年的平均增幅高出50%。这些测量结果与国家海洋和大气管理局(NOAA)的测量结果一致。这一增幅大约是每百万年二氧化碳的三分之一 - 或6.3亿吨碳。近年来,年平均增长率接近每百万二氧化碳每年2百万吨,即4亿吨碳。即使2015 - 16年人类活动排放量估计与厄尔尼诺之前的估计值保持大致相同,这种增加的记录也会增加,这是热带太平洋中东部海洋循环的周期性变暖格局,可以影响全球的天气

使用OCO-2数据,刘的团队分析了地球的土地面积如何促成大气中二氧化碳浓度记录的增加。他们发现,由于厄尔尼诺现象,2015年所有陆地排放到大气中的碳总量增加了3吉吨。其中约80% - 或2.5亿吨碳 - 来自南美洲,非洲和印度尼西亚热带森林中的自然过程,每个区域贡献的数量大致相同。

该团队使用日本宇宙航空研究开发机构温室气体观测卫星(GOSAT)的二氧化碳数据,将2015年的调查结果与2011年参考年的调查结果进行了比较。 2011年,三个热带地区的天气正常,吸收和释放的碳量平衡。

“了解这些地区的碳循环如何对厄尔尼诺现象做出反应将使科学家改善碳循环模型,这应该导致对我们的星球将来如何应对类似情况的预测得到改进,“OCO-2副项目科学家Annimrie Eldering说。 “团队的研究结果表明,如果未来气候带来更多或更长时间的干旱,就像最后一次厄尔尼诺所做的那样,更多的二氧化碳可能会留在大气中,从而导致进一步加热地球的趋势。”

虽然三个热带地区各自向大气释放的二氧化碳量大致相同,但研究小组发现受厄尔尼诺现象影响的温度和降雨量变化在每个地区都不相同,并且自然碳循环的反应也不同。刘将OCO-2数据与其他卫星数据结合起来,了解导致每个热带地区的响应的自然过程的细节。

在包括亚马逊热带雨林在内的南美热带东南部和东南部地区,厄尔尼诺引发的严重干旱使得2015年成为过去30年来最干旱的一年。气温也高于正常水平。这些更干燥和更热的条件强调植被和光合作用减少,这意味着树木和植物从大气中吸收较少的碳。其效果是增加释放到大气中的碳净量。

相比之下,热带非洲的降雨量处于正常水平,基于降水分析,结合卫星测量和雨量计数据,但生态系统经受比正常温度更高的温度。死树和植物分解得更多,导致更多的碳释放到大气中。与此同时,亚洲热带地区是过去30年来的第二个最干旱年份。主要来自印度尼西亚的碳释放量增加主要是由于泥炭和森林火灾增加 - 也是通过卫星仪器测量的。

Eldering说:“我们知道El Ninos是这些变化的一个因素,但到目前为止,我们并不了解这些地区的规模,最重要的过程是什么。” “OCO-2的地理覆盖范围和数据密度允许我们分别研究每个地区。”

科罗拉多州科罗拉多州科罗拉多州立大学的大气科学教授斯科特丹宁和一个不属于这项研究的OCO-2科学小组成员指出,虽然科学家已经知道数十年来厄尔尼诺影响热带森林的生产力,因此,森林对大气中二氧化碳的净贡献,研究人员很少直接观察其影响。

“OCO-2为我们提供了两种革命性的新方法来了解干旱和热量对热带森林的影响:每天数千次直接测量这些地区的二氧化碳;并通过检测树木中叶绿素的荧光来检测光合作用的速率,“Denning说。 “我们可以利用这些数据来测试我们对热带森林反应是否可能导致气候变化变差的理解。”

地球大气层中二氧化碳的浓度在不断变化。随着植物生长和死亡,它会随季节而变化,冬季浓度较高,夏季较低。自19世纪初以来,年均大气二氧化碳浓度年均增长率普遍上升 - 广泛的工业革命开始。在此之前,地球的大气自然含有二氧化碳形式的约595千兆碳。目前,这一数字为850亿吨

大气中二氧化碳水平的年增长量和季节周期的大小取决于地球大气,海洋和陆地之间的微妙平衡。每年,海洋,植物和树木吸收并释放二氧化碳。由于人类活动而释放到大气中的碳量也每年都在变化。平均而言,地球的陆地和海洋将减少人类排放量释放的二氧化碳的一半,而另一半导致大气浓度的增加。虽然自然过程是大气,海洋和陆地之间二氧化碳交换的责任,但每年都是不同的。有些年份,自然过程可以消除人类排放量的20%,而在其他年份,它们可以消除多达80%。

2014年启动的OCO-2收集了大气二氧化碳的全球测量数据,其分辨率,精度和覆盖范围需要了解这种重要的温室气体 - 气候变化的主要人为驱动因素 - 如何在区域范围内通过地球系统,以及它如何随着时间而改变。从空间的角度来看,OCO-2在世界各地每天能够测量大约10万个大气二氧化碳。

Liu研究的机构包括JPL;科罗拉多州博尔德的国家大气研究中心;多伦多大学;科罗拉多州立大学加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院;和坦佩亚利桑那州立大学。

发表:刘俊杰等,“热带大洲对2015-2016厄尔尼诺现象的碳循环响应对比”,科学2017年10月13日:Vol。 358,Issue 6360,eaam5690; DOI:10.1126 / science.aam5690

资料来源:NASA的Dwayne Brown

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