主题：【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？六 大自然的碳循环 -- 橡树村
橡树村:【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？六 大自然的碳循环
人类在制造二氧化碳这个事情是毋庸置疑的。进入工业时代之后，大量化石能源的使用，人们把几千万年前几亿年前地球存储下来的碳都从地底下挖了出来，烧掉，这些化石燃料的最主要排放形式，就是进入大气。工业时代的人类建造各种建筑、设施所使用的水泥，也需要焚烧大量的石灰岩，也向大气排放二氧化碳。同时，人类对于森林的破坏也日加严重，这样，人们又把几十几百年来大自然所沉积的二氧化碳也用很快的速度释放了出来。不过，人类究竟每年在排放多少二氧化碳呢？
水泥厂也要排放二氧化碳的
顺便提一下下一个结论，
按照AR4引用的数字，在1980年代，人类使用的化石能源与水泥行业排放的二氧化碳，平均在每年54亿吨碳，折合二氧化碳是198亿吨。到了1990年代，这个数字就已经上升到平均每年64亿吨碳，折合二氧化碳235亿吨。AR4所估计的2000-2005年间，平均碳排已经达到每年72亿吨碳，折合二氧化碳264亿吨。比较2009年IEA公布的数字，1980年到1989年，世界化石燃料所排放的二氧化碳平均是每年188亿吨，1990年到1999年平均是每年218亿吨，2000年到2005年的平均是250亿吨。两组数字还是有差距的，主要差别是IEA的数字并没有包括水泥行业，不过一般认为水泥行业只占3%，考虑这3%以后，还有5%的差距，这个差距，可以是由不同的估算方法而来的，一般认为是正常的估算误差。或者说，目前这类全球性的统计，业内认为5%的误差是可以接受的。
化石燃料的碳排放怎么也是大头
人类行为造成的土地改变，主要是森林减少，所排放的二氧化碳数量，估算的误差仍然非常大。比如1980年代的年平均碳排，从4亿吨碳一直到23亿吨碳都有，AR4采纳的数值是14亿吨碳，比TAR的时候使用的17亿吨要少。1990年代的平均碳排，AR4采纳的数值是16亿吨碳，变化范围在5亿到27亿吨之间。这个情况说明土地改变带来的二氧化碳排放的估算仍然是非常不准确的，这应该是在整个碳循环的估算里面，误差最大的一块。这个误差会对相关分析的准确性产生不小的影响，后面会专门谈。
森林砍伐的估算仍然是难题
大气究竟增加了多少二氧化碳呢？前面一直在讲浓度的变化，这实际上是体积浓度的变化。质量增加了多少呢？按照AR4里面提供的数据，在1980年代，平均每年大气中二氧化碳增加了33亿吨碳，在1990年代，平均每年大气中二氧化碳增加32亿吨碳。在2000-2005年，平均每年大气中二氧化碳增加41亿吨碳。这些数字都是明显小于人类使用化石能源和水泥业所排放的二氧化碳的。如果考虑到人类对土地改变的影响，大气中增加的二氧化碳所占人类行为所排放的二氧化碳还要更低一点。下面这个图左图最上方的黑线，就显示了如果人类使用化石能源和水泥业所排放的二氧化碳都停留在大气里面，大气的浓度每年应该增加多少。实际增加的量，是图下方的柱图，中间的黑线是实际增加量的五年平均。注意到在1990年代初有一个非常明显的增加量减少，这个现象，以后会专门谈。
全球二氧化碳浓度的变化
这里面还要引用一个概念，滞留比率Airborne Fraction(谁知道业内的标准翻译？我没查到)。这个概念的定义，描述的就是每年留在大气中的二氧化碳，与每年人类活动排放的二氧化碳的比值。具体计算不同文献有些差别，有的只考虑化石燃料燃烧和水泥行业所排放的二氧化碳，有的考虑土地改变的净影响，即要考虑土地改变之后新增加的吸碳能力。看文献的时候要看清楚这个单位的具体定义。由于对于土地变化估计的不确定性，也因为对土地变化的认识相对较晚，常见的滞留比率的定义，是针对化石燃料和水泥行业的。当使用总排放的滞留比率Airborne fraction of total emissions这样的概念的时候，才考虑土地的净影响。上面这个图的右面，就是滞留比率的变化。这里面有两个有趣的现象。一个是这个滞留比率，不同年份之间的差别非常大。这里面最高的，有达到0.8的，出现了三次，分别是1965年，1972年和1997年，最低的，不足0.3，出现在1963年，和1991，1992年。这说明大自然度对于人类排放的二氧化碳的吸收，变化很大。另外一个现象，就是如果使用五年平均的话，这个变化九平滑了很多。比如在1960到1980年代，这个滞留比率基本上保持在0.5多一点的范围，除了1990年代初期一个特殊的低值，在1990年代中期开始，这个平均数又保持在0.5-0.6之间。换句话说，平均下来，大自然把大约40%多的人类工业活动所排放的二氧化碳都吸纳了，大自然的碳循环是在尽可能的消化人类工业活动所排放的二氧化碳的。这个滞留比率的变化趋势，在整理AR4的2006年的时候，还没有明显的结论。为什么这个数值平均下来竟然相对稳定？也还没有一个令人满意的解释。
1990年代的碳循环
现在再来看上一节提到的碳循环图。红线是人类活动造成的影响。到1990年代，人类使用化石能源一共排放了2440亿吨碳。与工业化之前，1750年比较，大气中的二氧化碳总量，已经增加了1650亿吨碳，从5970亿吨增加到7620亿吨，增加幅度是28%，是变化幅度最大的。这方面的数字，来自大气中二氧化碳浓度的变化。海洋呢？浅层海水的碳总量，已经从9000亿吨，增加了180亿吨碳，达到9180亿吨碳，增加了2%，这与大气吸收二氧化碳较慢的速度相符合。浅层海水中的浮游生物由于与大气中的二氧化碳浓度相关性小，与海水中的二氧化碳浓度关系更大一些，所以目前还没有显著影响，保持基本不变。中深层海水增加了1000亿吨的碳，增加幅度0.3%，与二氧化碳进入这个层次海水的漫长周期相一致。海底沉积物还没观察到显著的碳的变化。陆地呢？陆地上的碳总量估计比较复杂，这个图里面列出的，是由于土地改变，造成了1400亿吨碳的流失，同时因为大气中二氧化碳浓度增加，导致陆地吸收碳的能力增加，而造成了1010亿吨碳的储备增加，两者相减，净值是土地流失了390亿吨碳。这样，人类所增排的这2440亿吨碳里面，有1650亿吨仍然停留在大气中，180亿吨被浅层海水吸收，1000亿吨被中深层海水吸收，而土地的变化，实际上也减少了390亿吨的碳储存。动态的结论呢？1990年代平均，每年增加二氧化碳排放64亿吨，其中26亿吨被陆地吸收，同时有16亿吨被陆地释放，造成陆地净收支是吸收每年10亿吨碳。浅层海水则每年增加吸收二氧化碳222亿吨，多释放200亿吨，同时每年增加了16亿吨的碳进入中深层海水。这个比较可以看出，相对地球自身庞大的碳循环来讲，每一年，人类对于这个循环的贡献还是微不足道的。但是人类工业化已经进行了250年，特别是最近的半个世纪，人类的碳排增加迅速，日积月累，已经对碳循环造成了很显著的影响。
我不理解大气中二氧化碳增加不是人类活动影响的说法。基本事实是，人类活动有足够量的二氧化碳排放，这个排放的量，与大气中和大自然中所增加的碳量是有比较好的对应关系的，并且大气增加的二氧化碳的量，少于人类排放的二氧化碳的量。人类的活动增加了进入碳循环的碳的总量，必然导致很多地方碳的累积增加，于是很多地方的碳含量增加，这是一个很直接的结论，也有具体数据支持。如果大自然也由于其他原因自己也在显著增加大气中的二氧化碳浓度，那么大气中的二氧化碳含量应该多于人类排放的数据，大气中的二氧化碳浓度只会比目前的数据高。按照我的理解，说大气二氧化碳浓度增加与人类无关是说不通的。我希望能见到持这个观点的来解释这里面的逻辑进行补充。
不过直接就给了个碳循环图，你说什么就是什么了么？究竟证据有多大把握呢？这些数字的出处可靠性如何呢？难道你的数字误差不会导致完全相反的结论么？咱下一节谈。
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🙂这个报告肯定没有2007年的资料 2 橡树村 字762 2010-01-12 05:27:28
🙂【读书笔记】IPCC究竟讲了什么？七 人类对碳循环的干扰
🙂从数据分析的角度讲 1 看文章 字122 2010-01-20 10:02:51
🙂森林砍伐的碳排的确很难估算 3 种植园土 字334 2010-01-13 21:02:48
🙂airborne fraction wfuat 字98 2010-01-13 02:33:02
🙂这肯定不是气候学的翻译 橡树村 字83 2010-01-13 02:34:06