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NASA获得了有关全球碳循环的宝贵知识

2017年8月12日21:13 环球解密

    5项新的研究重点介绍了NASA的轨道碳观测卫星-2(OCO-2)使命所得到的结果,该研究旨在从太空绘测地球的碳循环。这些数据提供了宝贵的线索,尤其是对厄尔尼诺现象所产生的影响的理解。由Annmarie Eldering等人所做的第一个研究对该使命的总体及其最初结果进行了描述。OCO-2卫星是在2014年7月升空的,它在为期16天的周期中持续不断地收集整个地球的碳模式数据,它每个月会收集到大约2百万个估测数据。研究的目的是为了了解自然的陆地和海洋对碳的截留是如何发生逐年甚或逐季变化的。这些数据揭示,在各个季节中,北半球的碳循环会发生引人注目的变化;在春季,陆生植物会急剧地摄取碳。然而在冬季,植物对碳的摄取量最小,而植物性物质的分解或腐烂会将碳返回到大气中去。作为这一周期的结果加上燃烧化石燃料所造成的持续性碳排放(尤其是从中国、欧洲和美国东南地区所排放的碳),北半球在4月中的碳浓度会达到季节性最大值,此时正是陆生植物开始吸收更多碳的时间之前。

    由Junjie Liu等人所做的一项研究重点介绍了2015年厄尔尼诺现象改变热带地区陆生植被碳净通量(或净生物圈交换,NBE)的方式。作者报告,热带地区NBE的增加导致2015年排放到大气中的碳比2011年的排放量高出十亿吨。即使3个大陆(亚州、非洲和南美洲)的热带在2015年相对于2011年的NBE异常程度类似,但这些地区各自由不同的过程驱动了这些异常改变。研究人员发现,造成热带地区碳排放增加的关键驱动因子在亚洲为生物质燃烧,在南美为降雨量减少,在非洲则为气温上升。作者指出,南美降雨量减少及非洲气温增加等变化都是预计的、将在本世纪末因气候变化而会发生的。因此,他们提出,未来陆地热带地区作为化石燃料碳排放缓冲带的作用可能会减少。

    Abhishek Chatterjee在另一个研究中用位于太平洋和大西洋上空的OCO-2数据来精确查明厄尔尼诺现象对碳循环影响的幅度和时间;厄尔尼诺现象的影响被人们广泛推测但却从未被直接观察到。厄尔尼诺南方涛动(ENSO)是太平洋的海洋表面温度和气压的周期性波动,它会引起长达数年甚或数十年时间中的气候变异。作者将来自浮标的原位数据与OCO-2数据相结合后发现,在2015-2016年中,因为厄尔尼诺的影响,地球北方地区冬季的海洋至大气的碳通量近乎全部停止,而在2014-2015年中,地球北方地区冬季的该碳通量则是持平的。作者还发现了厄尔尼诺驱动的与陆地因素(如干旱和火灾)相关的碳排放波动。

    由Florian Maximilian Schwandner等人所做的一项研究证明,OCO-2能追踪来自具体城市和火山的碳排放。作为一项方案(它有一组数目为233个的轨道路径,每16天会有周期性重复)的一部分,OCO-2的轨道路径会常规性地经过洛杉矶上方,它为科学家们提供了直接观察该特大城市碳排放的机会,揭示城市与郊区间的差异,以及人类活动所产生的碳浓度的季节性变异。研究人员还用OCO-2来追踪源自伊苏尔火山的碳排放,他们发现,当地的检测证实了该工具的有效。

    最后,Ying Sun等人的研究对OCO-2上的一个工具是如何帮助更好地约束一种关系(即光合作用的一种常见的指示器与植物生物质生成之间的关系)进行了讨论。太阳光诱导的叶绿素荧光(SIF)是一种对光合作用进行定量的方法。先前的研究曾经提出,SIF与总初级产出(GPP)相关;GPP是植物通过光合作用所制造的生物质的量,然而,这一关系一直难以证明。作者对数个测试地点的陆生植被的陆基和空中观察到的SIF数据进行了比较;他们发现,这些数据能很好地追踪GPP。

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