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(第四纪地质学专业论文)大都市碳源碳汇研究——以上海市为例.pdf.pdf 免费下载
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摘要 自工业革命以来,工农业生产中人为排放的温室气体( 京都议定书中规定的 温室气体主要有:二氧化碳( c o :) 、甲烷( c h 。) 、氧化皿氮( n :0 ) 、氢氟碳化物( h f c s ) 、 全氟化碳( p f c s ) 、六氟化硫( s f 6 ) ,已导致大气中温室气体的浓度上升,从而导致温室 效应增强,引起全球变暖。以全球变暖为特征的气候变化将会引起一系列严重的环境 t u j 生态后果,并会对全世界的沿海地区及生态系统的q ! 命支持体系以及剥农业、粮食 生产和水资源产生严重影响。尽管全球气候变化仍存在不确定性,但自2 0 世纪8 0 年代 以来,越来越多的科学证据表明人类活动已经在很大程度 j 影响了全球气候系统。 城市是人类活动最为集中、最为活跃的区域,联合国预测至2 0 2 5 年全球人【i2 3 将居住在城市区域。城市碳源碳汇的研究,对有效控制温室气体的排放,特别是二氧 化碳排放,减小人类活动对全球气候变化的负面影响具有重要意义。由于城市的碳源 利碳汇分析涉及到一个复杂系统,即各种自然系统和社会经济系统晌复合系统。| = _ 1i 狞 对城市碳源和碳汇的研究并不是很多。 在人类高强度开发活动下,城市碳源和碳汇的通量变化很大。本文旨在构建火都 市碳循环的研究框架,提出城市碳通量的计算方法。因此人体的呼吸、人类经济活动 所燃烧的化石燃料、人工种植植被和土壤等产生碳源和碳汇量的变化是本文主要研究 对象。为了从宏观上把握城市碳通量变化的大势,本研究扣要建立在历史资料的收集 和分析基础上,结合城市的发展战略和管理模式,对碳释放和摄取当最进行折算从 而对促进城市的碳源碳汇平衡提出对策和措施。 文章以上海市的碳源碳汇作为研究实例,研究了1 9 9 4 2 0 0 3 年上海市处于经济 高速增长时期和城市化进程发生较大变化的历史阶段,人l l 、能源消耗、土地利用利 城市植被的变化所引起的城市碳源碳汇变化。经过估算:人口的变化增加了1 0 44 5 , ) d i n e 碳源量:能源消耗增加了1 2 0 7 5 2 万吨碳源量:土地利用的变化,减少了2 70 4 万吨碳汇量;城市绿化的增长,增加了1 9 21 万吨碳汇量。通过对1 9 9 5 年、2 0 0 0 年 和2 0 0 3 年航空遥感资料解译,借助g i s 技术分析了人l l 和植被的空间变化。得h 海1 仍处于向大气排放碳源的过程,化石燃料和人体呼l | 6 乏凶索占l 海市碳源量的 9 8 ,但上海市在可持续发展战略的指导下,从经济增长雨1c o :的排放之问的关系来 分析,上海市在发展经济的同时,开始注重人口、资源和环境的协调关系,使上海n i 万元g d p 净碳源量由1 9 9 4 年的14 4 下降至2 0 0 3 年的0 6 5 。 本文为进一步促进上海市未来十几年的碳源和碳汇平衡,提出了通过有效的控制 人口增长政策、调整能源结构战略和产业结构比例,将卜海市的碳源昆控制在5 2 0 0 万吨:而通过植被结构和土地利用变化调整,使上海计丁碳汇量递增到3 3 0 0 万吨。至 2 0 2 0 年i 二海市的净碳源最为1 9 0 0 万吨,比2 0 0 3 年递减半。 因此,上海市在经济发展和城市化建设中的发展战略和符理措施,对类似大城i l j 在快速发展中减少c o :的排放具有借鉴作用。 关键词:大都市碳源碳汇变化上海市实例 a b s t r a c t s i n c ei n d u s t r i a lr e v o l u t i o n ,a r t i f i c i a le m i s s i o no fg r e e n h o u s eg a s e sf r o mi n d u s t r i a la n d a g r i c u l t u r e p r o d u c t i o n h a db e e n s t i p u l a t e d i n k y o t oa g r e e m e n t 、 i n c l u d i n g :c 0 2 ,c h 4 ,n 2 0 ,h f c s ,p f c s a n ds f 6w h i c hh a v e c a u s e dt h ei n c r e m e n to f a t m o s p h e r i cg r e e n h o u s ee f f e c ta n dc a u s eg l o b a lt e m p e r a t u r ei n c r e a s e a st h ec h a r a c t e r i s t i c s o fg l o b a lt e m p e r a t u r ei n c r e a s ea n dw e a t h e rc h a n g e ,i tw i l lc a u s eas e r i e so fs e r i o u s l y e n v i r o n m e n t a la n de c o l o g i c a le f f e c t s ,a n da l s oc a u s es e r i o u se f f e c to nl i f es u s t a i n i n gs y s t e m o fe c o s y s t e ma n di n d u s t r i a l ,f o o da n dw a t e rr e s o u r c e si nc o a s t a lr e g i o n sa l lo v e rt h ew o r l d n om a t t e r ,t h eg l o b a lw e a l t hc h a n g es t i l le x i s t i n gu n c e r t a i n l y ,b u ts i n c e19 8 0 s ,m o r ea n d m o r es c i e n t i f i ce v i d e n c e ss h o w e dt h a th u m a na c t i v i t i e sh a v e b e e ne r i e c t e do ng l o b a l w e a t h e rs y s t e mt oa g r e a te x t e n t c i t yi st h em o s tc o n c e n t r a t e da n da c t i v ea c t i v i t i e sr e g i o no fh u m a nb e i n g i th a sb e e n p r e d i c t e db yt h eu n i t e dn a t i o n st h a ti nt h ey e a ro f2 0 2 5 ,a b o u t2 3o ft h et o t a lp o p u l a t i o no f t h ew o r l dw i l l l i v ei nc i t i e s ,s t u d yo nc a r b o n :s o u r c ea n dc a r b o np o o li sv e r ym e a n i n g f u lt o e f f e c t i v ec o n t r o lo f g r e e n h o u s eg a s e se m i s s i o n ,e s p e c i a l l yc 0 2e m i s s i o n ,a n dd e c r e a s i n gt h e n e g a t i v ee f f e c t o ng l o b a lw e a t h e rc h a n g ed u et oh u m a na c t i v i t i e so w i n gt oa n a l y s i so f m u n i c i p a lc a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o lr e l a t e dt oac o m p l i c a t e ds y s t e m ,n a m e l y ,t h e c o m p l e xs y s t e mo f e v e r yn a t u r es y s t e ma n ds o c i a le c o n o m i cs y s t e m ,s t u d yo nc a r b o ns o u r c e a n dc a r b o np o o la r ev e r yf e wr e c e n t l y u n d e rt h ei n t e n s i v ed e v e l o p i n ga c t i v i t i e s ,c h a n g eo ff l u xo fm u n i c i p a lc a r b o ns o u r c e a n dc a r b o np o o la r ev e r yl a r g e t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st oe s t a b l i s has t u d yf r a m e w o r k o fm e t r o p o l i s c a r b o nc y c l e ,p r o v i d eac a l c u l a t i o nm e t h o do fm u n i c i p a lc a r b o nf l u xt h e m a j o ro b j e c to ft h i ss t u d yi st h ec h a n g eo f c a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o la m o u n tp r o d u c e d f r o mh u m a nr e s p i r a t i o n ,f o s s i lf u e lb u r n i n gf r o mh u m a ne c o n o m i ca c t i v i t i e s ,a r t i f i c i a l p l a n t i n go fg r e e nc o v e ra n ds o i le t c t og r a s pm a c r o s c o p i c a l l yt h es i t u a t i o no fm u n i c i p a l c a r b o nf l u xc h a n g et h es t u d yb a s e do nh i s t o r i c a li n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n da n a l y s i s ,a n d i nc o m b i n a t i o nw i t hd e v e l o p i n gp o l i c ya n da d m i n i s t r a t i v em o d e lt oc a l c u l a t ec a r b o nr e l e a s e a n da s s i m i n a t i o ne q u i v a l e n c e ,s ot h a tt op r o v i d et h em e a s u r e sa n dc o u n t e rm e a s u r eo f p r o m o t i n gb a l a n c eo f m u n i c i p a lc a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o l t a k i n gs h a n g h a ic a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o la se x a m p l et os t u d yt h ec h a n g e so f 、 p o p u l a t i o n ,e n e r g yc o n s u m p t i o n ,l a n du s ea n dc i t yg r e e nc o v e rw h i c hi n d u c e dt h ec h a n g e s o fc a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o li nt h eh i s t o r i c a ls t a g e ,w h e ns h a n g h a ic i t yw a ss i t u a t e di n t h ep e r i o do fh i g h l ; ,e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dg r e a tp r o g r e s so fu r b a n i z a t i o n 、f r o m19 9 4 t o2 0 0 3t h r o u g he s t i m a t i o n ,i n c r e a s e10 4 45t h o u s a n dt o n so f c a r b o ns o u r c ea n di2 0 7 52 t h o u s a n dt o n sc a r b o ns o u r c eo fe n e r g yc o n s u m p t i o nd u et op o p u l a t i o ni n c r e a s e :d e c r e a s e d 2 7 04t h o u s a n dt o n so fc a r b o np o o ld u et ol a n du s ec h a n g e ;i n c r e a s e d9 21t h o u s a n dt o n s o f c a r b o np o o ld u et og r e e nc o v e ri n c r e a s e ,m e a nw h i l e ,i nt h ey e a r s ,o f1 9 9 5 ,2 0 0 0a n d2 0 0 3 、 b ym e a n so fg i st e c h n i q u e ,t oa n a l y z et h es p a c ec h a n g eo fp o p u l a t i o na n dg r e e nc o v e ra n d i n t e r p r e t e df r o mr e m o t es e n s i n gi n f o r m a t i o ni n d i c a t e dt h a ts h a n g h a ic i t ys t i l la tt h es t a g eo f e m i t t i n gc a r b o ns o u r c ei n t ot h ea t m o s p h e r ef o s s i lf u e la n dh u m a nr e s p i r a t i o nf a c t o r s o c c u p i e da b o u t9 8 o ft o t a lc a r b o ns o u r c ei ns h a n g h a ic i t yb u tu n d e rt h ed i r e c t i o no f s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tp o l i c yo fs h a n g h a ic i t y , a n da n a l y s i so nr e l a t i o nb e t w e e n e c o n o m i ci n c r e m e n ta n dc 0 2e m i s s i o n ,w h i l ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t ,s h a n g h a ic i t yb e g a n t o p a yg r e a ta t t e n t i o n t oc o o r d i n a t et h er e l a t i o nb e t w e e np o p u l a t i o n ,r e s o u r c e sa n d e n v i r o n m e n ts ot h a tt h en e tc a r b o ns o u r c eo f1 0t h o u s a n dd o l l a r sg d pd e c r e a s e df r o m 1 4 4 ( 19 9 4 ) t oo 6 4 ( 2 0 0 3 ) f u r t h e rm o r e ,f o rp r o m o t i n gc a r b o ns o u r c ea n dc a r b o np o o lb a l a n c ei nt h ef u t u r e10 y e a r s ,t op r o v i d e ,t h r o u g he f f e c t i v ep o p u l a t i o nc o n t r o l ,a d j u s t m e n to fr a t i oo fe n e r g y s t r u c t u r es t r a t e g y a n di n d u s t r i a ls t r u c t u r e t oc o n t r o it h ea m o u n to f c a r b o ns o u r c ew i t h i n5 2 0 0 0t h o u s a n dt o n s a n da l s ot h r o u g ha d j u s t m e n t ,t h ec h a n g eo fg r e e nc o v e rs t r u c t u r ea n dl a n du s e ,t ok e e p c a r b o np o o l3 3 0 0 0t h o u s a n dt o n si n c r e a s ep r o g r e s s i v e l yi ns h a n g h a iu pt ot h ey e a ro f2 0 2 0 t h ec a r b o ns o u r c ei ns h a n g h a iw i l lb e1 9 0 0t o n s ,d e c r e a s ep r o g r e s s i v e l ya b o u th a l f c o m p a r e w i t h2 0 0 3 t h e r e f o r e ,d e v e l o p i n gs t r a t e g ya n da d m i n i s t r a t i v em e a s u r e si ne c o n o m i cd e v e l o p m e n t a n du r b a nc o n s t r u c t i o nm a yb eu s e da sb l u e p r i n t f o rr e d u c i n gc 0 2e m i s s i o no ft h e m e t r o p o l i sq u i c kd e v e l o p m e n t k e yw o r d s :l t l e t r o p o iisc a r b o nsourcec ar b o np o o i c h a n g e s h a n g h a ic i t y r e a ic a s e 学位论文独创性声明 y 6 0 9 9 2 8 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知,除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在 文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名:蜓日期:垄乡兰垒丛7 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定,学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 一虢绁,名:喻甜 日期:墨兰壁:生z ( 。日期:二n 、 1 r 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 刖晶 自工业革命以来,工农业生产中人为排放的温室气体( 主要是二氧化碳和甲烷) ,己 导致大气中温室气体的浓度上升,从而可能导致温室效应增强,引起全球变暖。以全球变 暖为特征的气候变化将会引起一系列严重的环境与生态后果,例如冰3 1 l 融化、海平面上升、 极端气候事件增加,并会对全世界的沿海地区及生态系统的生命支持体系以及对农业、粮 食生产和水资源产生严重影响。尽管全球气候变化仍存在不确定性,但自8 0 年代以来, 越来越多的科学证据表明人类活动已经在很大程度上影响了全球气候系统。 , 气候变化是全人类社会面临的重大挑战。为应对气候变化,国际社会作出了相应努力。 自2 0 世纪8 0 年代以来,召开了一系列国际会议讨论气候变化带来的影响和人类应对策略。 1 9 9 0 年联合国大会通过一项决议,开展气候变化公约的谈no 经过国际社会的共同努力, 1 9 9 2 年5 月9 日在纽约联合国总部通过了联合国气候变化框架公约。不久,在1 9 9 2 年6 月召开的联合国环境与发展大会上,1 5 5 个国家签署了该公约。公约的主要目的 是通过限制温室气体,特别是二氧化碳排放,达到防止全球气候变化的目的。 1 9 9 7 年1 2 月1 1 0 日公约第3 次缔约方大会在日本京都举行。为履行公约通过 了一项议定书,即具有法律约束力的、有明确温室气体减排数量与时间规定的京都议定 书。该议定书规定公约附件一中所列的国家( 议定书中所指的附件b 国家) 在2 0 0 8 2 0 1 2 年间使其温室气体排放量与1 9 9 0 年相比至少削减5 ( 各国具体减排指标有所差异) 。 议定书中规定的温室气体主要有:二氧化碳( c 0 2 ) 、甲烷( c h 4 ) 、氧化亚氮( n :o ) 、氢氟 碳化物( h f c s ) 、全氟化碳( p f c s ) 、六氟化硫( s 瞄乜 。 京都议定书的真正价值不仅在于其对限制温室气体产生的直接影响,而且在于它 开创了在气候变化方面采取全球共同行动的先例。 1 9 9 2 年里约环发大会上通过了( 2 1 世纪议程。之后,各国纷纷制定了其本国的 2 1 世纪议程或国家行动计划。中国政府在1 9 9 4 年即发表了中国2 l 世纪议程,提出了中 国在2 1 世纪社会、经济与环境可持续发展的具体方案。气候变化在该议程中被列为优先领 域之一,充分表明了中国政府对气候变化问题的重视。 自上世纪8 0 年代以来,中国提出了_ 丌发和节约并重的能源政策,强调合理和高效利用 能源资源,促进提高能源使用效率。9 0 年代以来,又进步将节约能源置于能源政策中的 大都市碳源碳汇研究以上海市为倒 优先地位,制定和完善了一系列相关法规和政策等,如颁布和实施了中华人民共和国节 约能源法;制定实施了一系列有关财政、信贷和税收等方面的节能经济政策;制定发布 了许多专项节能技术政策。 在国务院直接领导下,成立了国家气候变化对策协调小组,该协调小组是有关气候变 化对策问题的跨部门议事协调机构,由国家计委牵头,成员单位包括:外交部、科技部、 国家经贸委、中国气象局、财政部、国家环保总局、农业部、交通部、水利部、建设部、 国家林业局、国家海洋局和中科院。 中国政府和专家积极参与政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 的各项工作。中国于2 0 0 2 年4 月举行的i p c c 第1 9 届会上再次当选为i p c c 第一工作组联合主席。 自“八五”以来,气候变化问题已被列入国家科技发展计划。许多大专院校、科研机 构的研究人员都参与了气候变化相关问题的研究。据查阅,中国已开展的研究有:“中国 的森林量:生物量与体积关系的评估”、“中国北方地区植被碳汇的调查和评估”、“中 国热带和亚热带土壤中有机碳的储存研究”、“运用遥感技术对黄河三角州碳汇变化的评 价”和“c o :、n 2 0 和c h 。气体对内蒙古草原气温日变化的影响”等。 近年来,中国政府和有关部门与国外各相关机构在气候变化方面开展了广泛的交流与 合作,为中国更好地参与气候变化方面的工作起到了极大的促进作用。 中国为减缓气候变化所采取的措施和行动包括:提高能效,节约能源。能源部门是二 氧化碳排放大户,中国政府采取了一系列政策和措施,减少能源行业的二氧化碳排放,如 中国采取了加速开发大规模和高效热电厂发电技术、升级和替换低效发电机等措施。1 9 8 1 1 9 9 8 年间,中i 重i g d p 平均年增长率为9 9 ,而同期能源消耗年增长率仅为4 5 ;改善能 源结构,积极开发可再生能源。改善能源结构,逐步降低煤炭的使用比例是中国可持续发 展能源战略的一项重要内容。中国采取了一系列政策和措施促进开发和利用高质能源资源 如水电、石油、天然气、煤床气等。1 9 9 6 年以前,煤炭在中国总的能源消费中占了7 5 : 至- i j 2 0 0 0 年,煤炭在中国总商业能源消耗中的比例下降至t j 6 7 。中国可再生能源的比例也在 不断提高;大力开展植树造林活动。森林是天然二氧化碳“吸收器”。1 9 9 0 2 0 0 0 年间,中 国完成了5 2 7 3 万h m 3 人工造林。中国森林覆盖率逐年提高,2 0 1 0 年可望j 拯t j l 9 “。 国际社会对碳源碳汇的研究已广泛关注。2 0 0 2 年i g b p ( i n t e m a t i o n a lg e p s p h e r e - 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 b i o s p h e r ep r o g r a m m e ) 、i h d p ( i n t e m a t i o n a lh u m a nd i m e n s i o n sp r o g r a m m eo ng l o b a l e n v i r o n m e n t a lc h a n g e ) 和w c r p ( w o r l dc l i m a t er e s e a r c hp r o g r a m m e ) 共同制定了“全球碳项 目( g c p ) 全球碳循环国际合作研究框架 。在这一框架下,将动员全世界的科学 家从三个科学主题( 即碳循环模型和变量、碳循环过程和控制的相互作用、碳循环的未来 动态) 入手,用十年时间完成框架确定的研究内容。据查阅:美国、加拿大、英国、澳大 利亚、新西兰、丹麦、韩国、印度和非洲的客麦隆对碳源碳汇已开展了一系列研究工作。 美国的华盛顿和芝加哥、英国的威尔士、印度的马杜赖、丹麦和韩国的部分城市对城市中 碳的排放和树木对碳的吸收作了部分研究。 城市是碳源产生的集中地,在生态系统中又是一个复杂的下热面,对城市开展碳源, 碳汇平衡的研究,对减轻全球气候的变化,具有重大的现实意义。综观国内外的研究现状, 开展城市碳源,碳汇综合平衡评估的研究并不是很多,在中国目前仍是空白。本文以城市 这一复杂下垫面作为碳源和碳汇的研究对象,来构筑城市碳循环的模型。为城市实施可持 续发展,减少温室气体排放,提出对策措施。研究内容包括:= 以上海市为例,建立城市碳循环模式 以上海市1 9 9 4 2 0 0 3 年十年的发展,分析城市发展过程中碳源碳汇的变化趋势 运用遥感技术,对1 9 9 5 年、2 0 0 0 年和2 0 0 3 年上海市的碳源碳汇进行空间对比分析 针对分析结果,提出提高城市碳循环水平的对策措施 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 第一章国内外研究背景 1 1 国外研究进展 2 0 0 1 年美国i n d i a n a 州立大学的c s b g r i m m o n d 发表了“利用微气象学方法对芝加哥城 市环境的碳通量研究”的成果。作者运用微气象学中的涡旋相关法,在1 9 9 5 年夏季对芝加 哥大气中c o :通量进行了直接监测,得出中午c o :浓度最低,夜晚c o :浓度最高”。 2 0 0 1 年美 虱c o l o r a d o ) 、h 立大学的m a r l e nd e v e 发表了“农田土壤碳汇变化的评价”。 作者通过对1 9 8 2 - - 1 9 9 7 年美国农田的变化导致碳汇量变化的研究:得出由于农田管理的变 化,净增碳汇量每年2 1 2m m t c ;每年由于粮食种植量的变化,增加碳汇量1 5 1 m m t c 6 。 2 0 0 2 年美国a r i z o n a 州立大学的b k o e r n e r 等发表了“干旱城市环境人类活动c o ,排放 的研究”。作者以人类活动引起的土地利用变化和人为释放的c o ,量作为研究对象,重点 测定了自然荒地和人工开垦用地( 如高尔夫球场、垃圾填埋场、湿地、农业用地中棉花、 柑橘类植物和紫花苜类) 、人为释放源( 如人的呼吸、汽车排放、飞机排放和能源工厂的 排放等) 所排放c o :量的密度( 见表1 1 1 和表1 1 2 ) 。并借助g i s 工具,对所采集的数 据进行了空间分析,得出在城市环境中人的呼吸和汽车排放c o :量超过c 0 :排放总量的8 0 【7 。 表1 1 1 a r i z o n a 州p h o e n i x 城不同用途土地c o , 排放速率 圭些型旦耋型 圭堡里q 2 塑墼奎! 坚鲍坐! 竺! 农业用地82675 荒漠 居住地 高尔夫球场 商业用地 教育用地 水运 零售中心 大学用地 旅馆用地 公共_ l _ f j 地 仓储,l :业_ i = i 地 办公用地 心!呈暑|册渤窨册埘湖|暑 丘钞弱粥i t勰。他l殳 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 表1 1 2p h o e n i x 城区不同碳源年:排放总量 2 0 0 1 年英国的m a n c h e s t e r 大学的v w h i t f o r d 等发表了“城市的自然过程形态城市 区域生态运行的指示剂研究“。其中对城市树木的碳汇和碳呼吸作用进行了研究,并提出 了较为简便的计算方法 8 】。 2 0 0 2 年澳大利亚国立大学的c l b r a c k 发表了“城市森林对污染迁移和碳呼吸的影 响”。作者根据前人的研究成果,建立了城市树木经济价值模型并开发了辅助决策支持系 统,将堪培拉城市中4 0 0 0 0 0 多棵树木资料输入管理系统进行动态管理。通过模型预测 2 0 0 8 2 0 1 2 年由于城市绿化能减少污染和增加碳储存,从而带来的经济效益可达到2 6 7 千万美元”。 2 0 0 2 年美国m a y l a n d 大学r p o u y a t 等发表了“城市生态系统土壤碳汇和分解量的研 究”。作者调查了纽约、巴尔迪摩市城区和郊区区域( o 1 0 c m ) 自然林土壤层有机碳数据、 5 个不同城市( 1 米深度) 的人工土壤层有机碳数据和巴尔迪摩市几种土地使用类型( o 1 2 e m ) 土壤层有机碳数据。得出无论市区、郊区和农村土壤有机碳的浓度主要集中在1 0 c m 的土壤表层。市区植被土壤的碳密度高于郊区和农村植被的碳密度。通过对5 个城市的土 壤数据分析,土壤越肥沃,碳密度最高,平均达到2 8 5 k g m - 2 ;贫瘠的土壤和经过疏浚的 土壤,碳密度最低,各自为1 4 和6 9 k g m a :不同用途性质土壤具有不同的碳密度值d 0 。 2 0 0 1 年韩国k a n g w o n 国立大学的h y u n - k i lj o 发表了“韩国中部城市碳源碳汇对城市 温室效应的影响”。作者通过对韩国三个城市c h u n c h e o n 、k a n g l e u n g 和s c o u l 能源消 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 耗排放c o :植物和土壤对c o :的储存和呼吸研究,运用化石燃料含碳系数法( 见表1 1 _ 3 ) 对燃烧排放的c o :量进行了测算:对树木储存和呼吸c o :量运用了生物量测定和树木生长 率计算方法( 见表1 1 4 ) ,得出了三个城市碳源碳汇量值1 1 1 。 表1 1 3 化石燃料燃烧排放c o , 系数 燃料名称 c o :排放系数 汽油 煤油 柴油 煤油仓 天然气 丙烷 丁烷 煤饼 电力 表1 1 4 城市植被和自然植被土壤平均储存碳密度( t a h a ) 和呼暇碳密度( t h ay r ) 用地类型c h u n c h 。n k a n 掣e u n g 兰! ! ! ! k a n g n a mj u n g l a n g 储存4 7 0 + 0 7 0 6 3 0 + 0 8 06 6 0 + 0 7 07 i 再两r 城市 。 呼吸o 5 6 + 0 0 80 7 1 + 0 1 0 0 5 3 + 0 0 60 8 0 + 0 1 2 。 储存 2 6 0 0 + 2 7 0 4 6 7 叶3 9 0 6 0 1 0 十5 7 05 8 7 0 + 5 6 0 呼吸1 7 1 + 0 1 7 1 6 0 + 0 0 93 7 7 + o 3 6 3 9 1 + 0 3 2 1 2 国内研究进展 2 0 0 0 年高等教育出版社和s p r i n g e r 出版社出版了方精云等主编的全球生态学 气候变化与生态响应一书。该书是国内较全面系统地论述国内外有关碳源、碳汇和碳循 环研究的成果,并详细论述了中国碳源碳汇估算的理论和最新研究成果 t 2 1 。 6 扎班叽叽咖幽脚如帅 蝴触一一一 耋| 嘣 星| 吣 眺 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 2 0 0 1 年北京大学的方精云发表了“中国森林植被碳库的动态变化及其意义”。作者利 用1 9 4 9 年至1 9 9 8 年问7 次森林资源清查资料结合使用森林生物量实测资料,采用改良 的生物量换算因子法,推算了中国5 0 年来森林碳库和平均碳密度的变化,分析了中国森 林植被的c o ,源汇功能。研究结果表明,上世纪7 0 年代中期以前,主要由于森林砍伐等 人为作用,中国森林碳库和碳密度都是减少的,碳储量减少了0 6 2 p g c ( p g = 1 0 ”g ) ,年均 减少约o 0 2 4 p g c 。之后,呈增加趋势。在最近的2 0 多年中,森林碳库由上世纪7 0 年代末 期的4 3 8 p g c 增加到1 9 9 8 年的4 7 5 p g c ,其增加o 3 7 p g c ,年平均增加o 0 2 2 p g c 。这种增 加主要由人工造林增加所致。2 0 多年来,由于人工林增加导致碳汇增加o 4 5 p g c ,年平均 增加吸收o 0 2 1 p g c 。人工林的平均碳密度也显著增加,其增加了约一倍。这除了人工成 林增多外,气温上升和c o ,浓度施肥也可能是促进森林生长的重要因子 1 3 o 2 0 0 2 年中科院遥感所王少强等发表了“中国东北地区植被和土壤碳汇的评价”。作者 运用遥感和g i s 技术调查了东北地区植被生物量和土壤中的有机碳含量,得出了东北地区 植被和土壤的碳密度值 1 4 o 2 0 0 2 年北京林业大学的马钦彦等发表了“华北主要森林类型建群种的含碳率分析”。 作者运用干烧法对华北地区主要森林类型的8 个乔木建群种和1 0 个灌木树种不同器官的 有机含碳率进行了测定,同时利用生物量标准地资料对其中7 个乔木树种的林分平均含碳 率进行了分析,8 种乔木及1 0 种灌木的器官平均含碳率分别为辽东栎0 4 7 5 0 、白桦o 5 1 2 5 、 山杨o 4 8 8 0 、椴树0 4 7 6 4 、油松o 5 1 0 5 、侧柏o 5 0 1 0 、华北落叶松0 5 1 5 8 、红皮云杉o 5 1 1 8 , 1 0 种灌木0 4 8 9 7 :7 个乔木树种林分的平均含碳率分别为,辽东栎0 4 7 6 1 、白桦o 5 0 0 8 、 山杨o 4 8 5 9 、油松o 5 0 3 0 、侧柏o 5 0 5 3 、华北落叶松o 5 0 9 7 、红皮云杉o 5 1 1 1 。各树种器 官含碳率的种内变动系数在1 4 9 6 3 2 之间:器官含碳率的种闻变动系数在2 1 5 7 4 8 之间。针叶树种器官的平均含碳率普遍比阔叶树种平均高1 6 3 4 ,相应的针叶 林分的平均含碳率也高于阔叶林【i s o 2 0 0 3 年安徽农业大学的杨书运等发表了“农田c o :释放初步研究”,通过对不同天气 类型和夜间在不同深度的测定,初步研究了江淮地区农田土壤c o ,排放状况。利用e x c e l 拟合得夜间不同深度土壤c 0 5 平均排放速率分布公式为:v = 0 0 0 6 2 x 4 - 0 0 3 4 2 x 3 + 0 6 4 3 l x 2 1 5 8 0 8 x + 2 3 9 :阴天的白天为:y = 1 8 5 4 9 c x + 8 8 9 2 3 ;晴朗的白天为:y = 0 3 2 2 7 x 4 一 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 4 1 5 6 3 x 3 + 18 6 8 4 x 2 - 3 4 4 3 4 x + 2 8 3 5 8 。利用地表o c m 的数据计算得江淮地区农田c 0 2 排放速 率为1 0 ,5 m n ( m 2 h ) 州。 8 大都市碳源碳汇研究一以上海市为例 第二章大城市碳源碳汇的研究方法 2 1 碳源碳汇模型研究 2 11 全球碳循环模型 1 9 9 7 年n a k a z a w u 根据最新的研究成果,做出了全球碳循环模型m 1 ( 见图2 1 1 ) 。 图2 1 1 全球碳循环模式( n a k a z a w a 1 9 9 7 ) 从图的研究结果所示:大气中的碳量由全球大气监测系统观测的实际浓度计算所得, 其值为7 5 0 p g c 。陆地生物圈的总碳库为2 0 5 0 p g c ,其中植被碳库为5 5 0 p g c ,土壤碳库为 1 5 0 0 p g c 。在水圈( 海洋) 中,作为生物体存在的有机碳库仅为3 p g c ,溶解态的有机碳 库为7 0 0 p g c ,在海洋中,存在着巨大的无机态碳库,总量达3 9 1 2 0 p g c ,其中海洋表层为 1 0 2 0 p g c ,表层以下,包括深海为3 8 1 0 0 p g c 。 陆地植被通过光合作用,每年固定大气中的c 0 2 约为1 0 0 f g c ,其中5 0 p g c 以植物呼 吸的形式又释放到大气中,剩下的5 0 p g c 的有机物质以凋落物等形式进入土壤。这一部分 的有机碳又以土壤呼吸的形式释放到大气中。因此,在自然状态下,c o ,在陆地生物圈大 9 大都市碳源碳汇研究以上海市为例 气圈之间的循环保持着平衡状态。另一方面,由于人类活动的影响,使c o :在大气一陆地生 物圈之间的循环失去平衡。人类使用化石燃料等每年向大气净释放c o :约5 a p g c ,热带林 破坏导致生物圈向大气释放1 ,6 p g c ,也就是说,由于人类活动导致合计为7 0 p g c 的c o : 向大气净排放。 在水圈,大气与表层海洋每年进行着9 0 p g c 的碳交换。由表层海洋向中、深层海洋输 送1 0 0 p g c 的碳。其中以无机碳输送的形式为9 0 p g c ,通过海洋生物以有机碳形式输送的 量为1 0 p g c 。同时,中深层海洋以无机碳的形式又向表层海洋输送1 0 0 p g c 的碳。这样, 在海洋内部,碳的循环达到平衡。另外,通过河流,由陆地向表层海洋输入0 8 p g c 的碳, 其中o 6 p g c 的碳通过大气又回到陆地,剩下的o 2 p g c 的碳沉积在海底。另一方面,研究 表明,海洋每年能净吸收大气中的c 0 2 为2 p g c ( 其中表层海洋净吸收o 4 p g c ,中深层海 洋净吸收1 6 p g c ) 。 人类活动净释放到大气中的7 o p g c a ,有3 4 p g c a 用于增加大气中的c 0 2 浓度,2 0 p g c 被海洋吸收。剩下的1 6 p g c 的c o :则去向不明。这就是著名的失汇( m i s s i n gs i n k ) 现象。 这一现象,1 9 7 8 年由w o o d w e l l 等人提出后,至今未找到满意的答案。不过,1 9 9 0 年t a n 和1 9 9 2 年k a u p p i 的研究表明,北半球的森林,尤其是温带和北方森林可能起着大气c o , 汇的作用。因为,由于大气c o ,浓度增加和气温上升,北半球的温带森林和北方森林的生 长量有加快的趋势,从而可以吸收更多的大气c o :。根据1 9 9 5 年i p c c 的报告,此量可达 o 5 x 1 0 ”g c a 。1 9 9 8 年f a n 最近的研究发现,北美大陆是个巨大的c 0 2 汇,净吸收的c 0 2 量达( 1 7 + 0 5 ) 1 0 ”g c
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