不同二氧化碳浓度观测站的浓度变化及陆地生态系统作用分析
该视频显示了不同二氧化碳浓度观测站的二氧化碳浓度的变化。水平坐标是该地点分布的纬度，0代表赤道区域，右侧的北半球区域和左侧的南半球区域。我们可以看到，二氧化碳的浓度逐渐上升，但是每个地点的上升模式都不同。在南半球和赤道区域，二氧化碳的浓度稳定增加，而北半球的大多数站点在夏季浓度较低，但是冬季之后，它们的浓度很高。什么是主要原因？因为在夏季，生态系统通过光合作用吸收了很多碳。因此，我们可以看到，陆地生态系统确实在减慢温室气体浓度的升高中起着重要作用。全球碳计划评估过去10年中全球碳收入和支出。从2011年到2020年，我们人为地发射了约400亿吨二氧化碳，但在大气中只有48％的含量，其余的26％分别被土地和海洋吸收。
应该强调的是，我在陆地生态系统中给出的是残留的碳汇。为什么？因为我们的土地空间太复杂并且具有过多的异质性，所以没有一个很好的方法可以充分估计全球碳汇。因此，当我们计划计划全球碳时，我们计算总排放，然后计算大气生态系统的一部分，然后计算海洋生态系统的一部分，然后认为其余的应该是全球陆地生态系统的一部分。但这将导致一个问题，即，陆地生态系统中的碳汇量将受到其他几个部分的估计准确性的影响。如果我们高估了其他部分的排放，那么陆地上的碳汇也可能被高估。
全球碳循环研究的两个关键问题
我们仍然可以以这种方式计算全局碳汇，但是如果我们到达特定区域，我们将无法使用此间接方法来计算它们。因此，全球碳计划中有两个核心关键问题：26％的碳分布在哪里？在美国还是在中国分发？这是一个核心问题。另一个核心问题是碳汇随时间变化如何变化？将来会增加40％或50％吗？当然，我们希望将来的碳水槽会增加，这对我们的碳中立非常有益。
哪些因素会影响中国的土地碳汇？
在过去的20年中，我们的研究团队对这两个核心问题进行了研究。接下来，我将重点介绍有关中国碳收入和支出的研究。
为什么我们需要研究该地区的碳收入和支出？这是因为通过将区域碳排放和吸收与全球大气中二氧化碳浓度增加联系起来，它可以帮助确定碳补偿和缓解政策。例如，如京都协议中提到的那样，如果一个国家通过造林吸收更多的碳，则有权排放相应的碳。
因此，在科学技术部和基金会委员会的支持下，在过去的几十年中，我们的国家进行了大量研究，这也为我的国家提供了重要的科学支持，以实现其碳中立目标并参与全球气候治理。
让我们首先看一下影响区域碳收入和支出的因素。首先，土地使用情况发生了变化。在过去的50年中，我国75个城市的建成区域增加了约7倍。您可以查看您所在的城市区域是否发生了变化。例如，我们可以看到，吉林市区的区域基本上没有改变，而深圳地区的区域却大大增加。这种城市化扩展将破坏自然植被并导致碳储存的损失。
中国城市化的另一个非常重要的特征，即，农村人口向城市地区迁移。这种现象将导致农村地区对植被的损害相对较少，这有利于农村地区的植被吸收。
此外，在过去的几十年中，我们的国家进行了大量的生态项目，包括北部庇护所。全国森林覆盖率从1980年代初的12％增加到现在的23％，森林股票已增加到175亿立方米。我们也是世界上种植园地区最大的国家，约占全球种植园区的25％。因此，在我国，大量的植树和造林工作有利于陆生碳吸收和生态系统的碳汇功能。
但另一方面，我们也正在经历气候变化。从1901年到2020年，我国的温度每10年升高0.1度。一方面，温度变化有利于生态系统碳吸收并延长物候生长季节。但另一方面，这是不利的，因为它会加速生态系统的呼吸，例如加速植物的呼吸和土壤有机物的分解。因此，关于温度升高将如何影响中国生态系统的碳周期，仍然存在很大的不确定性。
除了温度变化外，我国的降水模式也发生了变化。我们的国家现在正在遇到南部灌木丛的问题。如果我们看一下过去几十年来降水的变化，我们会发现我国家南部的降雨量增加了，北部地区的降雨量也有所下降。北部已经没有水，因此，对于植被的生长，降雨的减少不利于生态系统碳吸收。
尽管二氧化碳浓度的上升将导致变暖，但它们对植被有益。为什么？我们知道二氧化碳是光合作用的底物。当光合作用的底物增加时，光合作用的速率将增加。当前的遥感数据发现，全球植被增长率已大大增加，叶子面积的增加大致相当于亚马逊雨林地区。科学家认为，这种现象是由二氧化碳浓度升高引起的。
此外，大气中氮的沉降也将有助于在生态系统中吸收碳。为了生长植被，氮缺乏整个北半球的土壤，因此农民经常施用氮肥来增加农作物的产量。因此，大气中的氮沉降也将导致植被生产率的提高，这有助于生态系统的碳吸收。
影响的另一个因素是气溶胶，这是我们经常提到的雾化。雾霾不利于人类健康，但目前的研究表明，雾兹实际上对植被生长和生态系统碳汇有所帮助。就像植物学学院的一名老师刘·林格利（Liu ）一样，他们的研究发现，在阴天，植被的光能利用效率得到了提高，生产力也更好。
也有1991年至1992年左右。实际上，我们的人造碳排放量大于1970年代和1980年代的碳排放，但是大气中二氧化碳的浓度基本上并没有增加。这样做的原因是什么？实际上，这与1991年菲律宾火山的喷发有关。火山喷发后，大量气溶胶增加，这有助于植被的生长。因此，大气中二氧化碳的浓度基本上没有增加。
因此，我们的问题是，气候发生了变化，土地利用发生了变化，并且大气成分也发生了变化。在这种多重压力下，中国的生态系统碳水槽还是碳源？如果是碳汇，则可以抵消我们国家的工业排放量多少二氧化碳？
为了回答这个问题，我们有几种方法。传统的方法是出去挖一点土壤，看看有多少碳存储。现在有一些新的高科技方法。来自中国科学院地理研究所的老师Yu 使用与涡流相关的技术来估计生态系统碳汇，有些是基于卫星数据估计的，有些用于使用大气二氧化碳浓度的观察数据来逆转模型。在这项研究中，我们使用了传统的地面观察方法和大气反转模型的方法。
不同的遥感数据表明，我国植被的总体趋势正在越来越好。我参与了“自然可持续发展”（）的文章，认为目前的中国绿化速度比世界平均值高，并且在世界上排名第一，印度排名第二。印度的绿化速度与高铁作物的产量有关，我们的国家主要与生态工程造林密切相关。
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此外，在气候温暖之后，植被叶片膨胀或延迟落叶的发展将导致碳吸收的增加，这有利于生态系统的碳汇。
资料来源：Piao等，2009；帕克·希兰（Park ），2022年，中国科学
上图显示了我们目前估计的不同生态系统中的碳汇。我们要强调的是，尽管农田中的农作物产量增加了很多，因为碳的这一部分很快消耗了，但其营业额非常快，因此我们不认为这部分。
通常，中国的碳汇约为每年1.2亿吨，这是一种基于地面观察数据和遥感数据的方法。使用另一种大气反转方法的估计数据约为两次，约3.5，一个是2.0。
基于地面观察数据的大气反转模型和估计结果的比较图
（Piao等，2009; Park ，2022年，中国科学）
但是，这两种方法无法直接比较。大气反演仅根据二氧化碳浓度观察来计算。生态系统中丢失的碳不仅是二氧化碳，还具有一些氧化的碳亚碳，挥发性有机物等，因此还需要考虑这些碳。在过去的几十年中，我们国家推出了大量的木材和谷物。该碳不是我们生态系统中碳的损失，因此我们必须在计算时补偿该碳。
此外，我们许多人认为，在森林森林砍伐之后，这些碳将进入气氛。实际上，不是。森林砍伐后制成的碳仍留在地面上。因此，在添加这些碳后，我们观察到地面上约有2.1亿吨碳，而大气反转的结果约为2.6亿吨碳。
左：中国的土地碳水槽大小
右：中国的土地碳水槽占同一时期中国化石燃料燃烧碳排放量的百分比
（公园Se-long，2022年，中国科学）
左侧是我们在今年由不同研究小组估算的中国陆地生态系统中收集了碳汇的图表。我们可以看到，大多数研究表明，中国的碳水槽尺寸约为每年1.70-350亿吨。那么多少可以抵消我们的工业排放量？在1980年代，我们的工业碳排放量相对较低，因此我们可以抵消约30％，但是在过去的几十年中，我们的工业碳排放量显着增加，因此我们抵消了当前碳的7％-15％。
未来的陆地生态系统有多少潜力？
许多人会问，我们的生态系统在未来的碳汇中有什么潜力？
资料来源：Yao＆Piao*等，2018
应该强调的是，种植树木和造林的岁月相对较短，因此我国的森林资源基本上是中等和年轻的森林，约占森林总面积的61％。在这些森林将来生长之后，它们的碳汇率将很大。我们估计，在未来30年内，碳汇储量可以增加约9-100亿吨。
此外，目前，我们的许多草原生态系统都会降级。如果可以恢复这些生态系统，它也可能会大大提高我们生态系统的碳汇率。当然，这也有某些风险。
风险来自青海地基高原上的永久冻土，因为多年冻土存储在其中，这是我国土壤的1/3。因此，在未来气候变化和永久冻土迅速融化之后，这些碳将发射到大气中，这可能会加剧变暖。目前需要加强对这些方面的研究。
左：欧洲干旱
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右：土地和海洋水槽变化图表
（Park Se-Long等人，中国科学，2019年）
此外，我们需要专注于极端气候事件。极端气候事件还将对生态系统碳汇产生重大影响。从右边的图片来看，我们可以看到，大气中二氧化碳浓度每年增加大量的年份基本上是发生极端气候事件的几年。例如，在极端的气候（例如2003年欧洲的干旱和1998年的厄尔尼诺现象）之后，生态系统的碳汇吸收能力显着下降，这导致大气中二氧化碳浓度显着增加。
资料来源：帕克·希兰（Park ）等人，中国科学，2022年
从长远来看，在“碳中立性”策略中，地面生态系统碳汇扮演什么角色？我要强调的是，生态系统中的碳汇就像一个容器，现在这是一个连续填充的过程，即碳汇的过程。但是有一天，在容器填满之后，它可能无法容纳其他任何东西，因此我们必须使容器更大。如果容器没有增长，而是保持现状，则生态系统将迟早达到碳平衡。
从右侧的图片中，我们可以看到，随着2100的到来，森林生态系统的当前碳汇率将大大下降。因此，我们目前的造林和森林管理非常必要。如何延长碳接收器窗户周期的时间，何时造林以及需要植树的地方。
资料来源：帕克·希兰（Park ），2022年，中国科学
为了计划这些，我们需要在中国地面生态系统中建立一个可持续的管理系统。目前，可以测量，报告和验证陆地生态系统，这是制定我国减排政策的重要基础。在此系统中，我们需要集成多个数据，多个过程，多个量表和多种方法，以为中国生态系统构建碳汇的可持续管理系统，以整合天空和地球。
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