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湿地甲烷:全球变暖步调中的非隐藏角色

来源:中国气象报   发布时间:2017年10月10日10:43
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  观点:湿地甲烷排放在全球气候变化的中扮演的不该是个隐藏角色。相反,湿地生态系统在人类影响下对气候变化的反馈可能超出人类本身制造的变暖效应。

  嘉宾:中国科学院西北生态环境资源研究院(筹)遥感室 张臻博士及研究团队

  采访人:中国气象报记者 赵晓妮

  幽深的沼泽地、湿润的草甸、水流荡荡的湖泊与河流乃至河口三角洲、滩涂等,湿地似乎有千万种模样。而在人们的脑海里,湿地总是与水草丰美、水鸟翩跹、水色迷人等联系在一起。

  但很多人可能并不清楚,这种被称为“地球之肾”的地带,还与当前被全球关注的气候变化息息相关。

  最近,由中国科学院西北生态环境资源研究院(筹)遥感室、兰州大学及国际机构专家组成的团队投身于湿地甲烷排放对未来气候变化响应的研究,并将相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)。该研究首次完整预测了21世纪内全球湿地动态变化,系统评估了全球湿地甲烷与气候变化的相互作用。

  湿地、甲烷与气候变暖存在紧密联系

  如果以“湿地”“甲烷”和“气候变化”为关键词在搜索引擎中进行检索,得到的结果通常并不尽如人意。但实际上,三者存在着紧密而重要的联系。

  在相关定义中,湿地是位于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性地带,在土壤浸泡在水中的特定环境下,生长着很多湿地特有的植物。实际上,湿地不仅有变化多端的“外表”,亦具有多种功能,其中重要的一点是,湿地是全球甲烷循环中贡献最大的自然排放源。

  作为大气中仅次于二氧化碳的第二重要的人为排放温室气体,甲烷与气候反馈密切相关,甚至有媒体将其称为“气候变化的引爆器”,很多研究者和媒体十分忧虑极地冰封的甲烷,如果它们随全球变暖而被释放出来,将会带来灾难性的后果。

  实际上,除了冰封于极地的甲烷,湿地甲烷排放也受到了气候变化的显著影响。张臻说,湿地甲烷排放与气候变化主要从两个方面产生交互作用,一方面湿地甲烷排放加剧气候变化,另一方面气候变化会改变湿地甲烷排放的强度及空间分布。

  具体来说,从温度影响来看,湿地的一个重要特征是土壤浸泡于水中,土壤微生物长期处于无氧环境,从而促使厌氧微生物排放甲烷。而土壤微生物的活性与温度有关,在一定温度范围内,微生物活性随着温度的升高而增加。“这就意味着随着全球变暖的持续,湿地土壤微生物的活性也逐渐增强。”张臻说。

  从降水来看,降水的变化会影响湿地面积的动态变化。如位于亚马逊地区的全球最大湿地,超过80%的低地会在雨季被淹没,而湿地面积在旱季则会骤减。随着气候变化引起的降水变化,湿地也会出现地理分布上的变化。

  未来四种排放情景下湿地甲烷排放均增加

  众所周知,气候变化不会停息。那么,隐藏在湿地美丽景色的另一面,暗流涌动的甲烷在气候变化背景下又将呈现怎样的变化?

  张臻对这个问题非常关注,并和团队利用陆面过程模型LPJ-wsl及气候模式,全面评估了38个CMIP5气候模型对4种未来气候情景下湿地甲烷排放的动态变化及其对气候系统响应的不确定性。

  在IPCC报告中,采用的四种排放情景分别对应着碳减排力度和全球限制升温目标。RCP2.6是减排力度最大的情景,按减排力度排名分别为RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0以及没有气候减排控制的RCP8.5。

  张臻和合作团队的研究结果表明,未来全球变暖对湿地甲烷排放的影响很大。他们估算,在所有排放情景下,全球湿地甲烷排放量均会不同程度增加,其中在RCP2.6下增幅最小,在RCP8.5下增幅最大。“需要注意的是,在我们的估算中,考虑湿地甲烷排放的RCP4.5情景下,全球增温的幅度会在21世纪末期超出未考虑湿地甲烷排放的RCP6.0情景,这显示了湿地甲烷排放的重要性。”张臻补充说。

  而在严格控制温室气体排放的气候情景RCP2.6下,全球变暖引起的湿地甲烷排放增加导致的辐射强迫会在2040年前后超出人类活动引起的甲烷辐射强迫效应,并在21世纪末期超过后者辐射强迫约38%到56%。

  “这意味着虽然随着人类减排甲烷力度的增强,全球增温的幅度将得到有效控制,但由于气温上升,湿地甲烷反馈会增加,并逐渐成为主导未来甲烷增温的主要因素。”张臻解释说。

  同时,这也间接说明,如果需要达到《巴黎协定》所规定全球升温2℃的目标,需要减排更多的甲烷来抵消由湿地反馈造成的增温效应。

  期待IPCC报告增加湿地甲烷排放考量

  随着研究深入,张臻及其研究团队意识到,湿地甲烷排放在全球气候变化中扮演的不该是个隐藏角色。相反,湿地生态系统在人类影响下对气候变化的反馈可能会超出人类本身制造的变暖效应。

  在研究湿地甲烷排放对气候系统响应时,张臻与合作团队发现其中还存在一定的不确定性。一方面,甲烷在大气中存在周期的估算。甲烷在大气中会和氢氧基(OH)进行化学反应转化为更为稳定的二氧化碳和水。“而目前对大气中氢氧基的浓度及分布的认识依赖于全球范围的有限站点。”另一方面,模型对湿地甲烷排放估算存在不确定性。“这来自于模型的假设及参数。”张臻举例说,他们目前使用甲烷产生模型假定生态系统对升温的响应基于稳定的生态系统结构,但随着全球升温的加剧,他们预测,在北半球高纬度地区湿地面积会由于冻土的融化而大幅度增加,这会引起湿地植被和陆生植被向高纬度地区迁移。而湿地甲烷有很大一部分是从植被的维管中传输到大气中的,因此,高纬度地区湿地甲烷排放的强度有可能被低估。

  目前IPCC第六次评估报告正在紧张筹备中,有消息称,IPCC 第六次报告中所采用的气候模式会进一步考量气候系统与人类活动影响之间的交互作用,很有可能也包括湿地甲烷排放的影响。张臻期待“下一次报告中不仅能够在甲烷温室效应的科学基础知识方面有大量的新发现,也希望在控制甲烷排放的政策及经济效应的评估中增加对湿地甲烷排放的考虑”。

  “湿地具有重要而复杂的生态系统功能,我们无法改变自然,只能在保护湿地的基础上加大控制甲烷排放的力度,保证经济社会的可持续发展。”张臻说。

(来源:中国气象报 责任编辑:王若嘉)

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