本文選題：巖溶作用碳匯 + 氣候變化　； 參考：《西南大學》2017年碩士論文

【摘要】：氣候變化問題是21世紀人類社會面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一,大氣CO_2在調控全球氣候中有著重要的地位。碳酸鹽巖是地表最大的碳庫,而碳酸鹽巖的快速溶解動力學特性能較快的消耗大氣CO_2。近年來,研究發(fā)現一些流域的碳通量在氣候變化和人類活動的影響之下正發(fā)生劇烈的改變。中國西南地區(qū)有近7.5×105 km2的巖溶分布,該地區(qū)在過去幾十年來經歷了顯著的氣候變化,雖然一些研究評估了西南巖溶地區(qū)的巖溶碳匯強度,然而目前尚未有研究分析該地區(qū)巖溶作用碳匯強度對地區(qū)氣候變化的響應。本研究結合使用入滲-碳酸鹽平衡化學法以及GIS空間分析技術從空間尺度上評估了近40年來西南地區(qū)氣候變化對巖溶作用碳匯的影響。首先我們分析了整個西南地區(qū)以及西南巖溶區(qū)近40年來的氣候變化特征,包括平均氣溫、降雨量、凈太陽輻射量和平均風速,根據這些氣象數據計算了地區(qū)地表蒸散發(fā)ET。依據這些因子和GIS技術,我們從空間上分析了決定巖溶作用碳匯強度的主要控制因子徑流和碳酸鹽平衡濃度在過去近40年內的時空變化特征。最后,基于GIS空間分析評估了不同巖性條件下巖溶作用碳匯通量(CSFs)和碳匯總量(TCS)的時空變化特征,并與同時期其它不同方法的類似研究進行了結果比較,發(fā)現了影響巖溶作用碳匯強度的最重要控制因子為徑流,揭示了巖溶作用碳匯強度如何響應地區(qū)氣候變化。具體結果如下:(1)1970-2013年西南地區(qū)年均氣溫變化在15.04℃-16.33℃之間,年均氣溫在波動中逐漸上升,氣候傾向率為0.20℃/10a,1993年間西南地區(qū)發(fā)生了由低溫到高溫的突變,40年來升溫幅度最大的時期為1990年代-2010年代,該時期氣候傾向率為0.30℃/10a。空間分布上,氣溫增幅自東向西而逐漸加大,其中云南四川交界、云南南部、四川北部、重慶東北部等地區(qū)升溫最為顯著。西南地區(qū)年降雨變化在963 mm/a-1345 mm/a之間,整個時期內降雨量呈現出明顯的下降趨勢,氣候傾向率為-17mm/10a,西南地區(qū)降雨量由多變少的突變年份為2003左右,2000年代-2010年代是西南地區(qū)降雨減弱最快的時期,氣候傾向率約為-70 mm/10a。空間分布上,降雨減少幅度最大的地區(qū)出現在云貴交界、四川中部、湖北北部以及重慶東北部等地區(qū)。(2)西南地區(qū)內年平均徑流深變化范圍在439 mm-327 mm之間,平均值為386 mm。徑流深在區(qū)域內空間上具有明顯的梯度變化特征,較高的值出現在區(qū)域的東南部,如廣西和湖南省等地區(qū)。而較低的值出現在地區(qū)西部,如四川省和云南省部分高海拔地區(qū)。西南巖溶地區(qū)徑流深在過去近40年來的變化趨勢表現為下降,變化起伏大,1990年代平均徑流深度達到峰值,為444 mm/a,最低值出現在2010年代,僅為308 mm/a。近40年來西南巖溶地區(qū)各碳酸鹽巖平衡濃度值([HCO3-]eq)為4.29 mmol/L,該因子在空間上也呈現顯著的梯度性,較高值在西北部,而較低值出現在東南部。[HCO3-]eq值在近40年區(qū)域氣候變化的影響下變化并不大,多年變化幅度小于5%,不同年代變化趨勢也不一致,總趨勢為微弱的降低。(3)根據入滲-碳酸鹽平衡化學法計算的西南巖溶地區(qū)巖溶作用碳匯強度(CSFs)平均值為9.36 t C km-2a-1,碳匯總量(TCS)為6.85×106t。西南地區(qū)近40年氣候變化對巖溶作用碳匯總量有較強的影響,導致碳匯總量降低了19%。1990年代CSFs達到峰值,為10.4 t C km-2a-1。1990年代之后,CSFs和TCS值極速下降,2010年代達到最低值,為5.5t C km-2a-1。西南地區(qū)內CSFs值差異明顯,空間上表現出一定程度的梯度變化特性,而CSFs的空間分布主要受控于地區(qū)內部氣候差異和巖性分布的差異。整個研究期內CSFs降低幅度最大的地區(qū)出現在貴州和云南兩省,兩省40年來CSFs值降低幅度分別為-37%和-32%,同時這兩個省份的巖溶地區(qū)在1970-2013年間氣候變化最為顯著。兩個省份的氣候變化具體表現為溫度的升高,40年間分別升高0.33℃和1.04℃,同時年降雨量快速下降,分別降低了156 mm和106 mm。進一步分析后發(fā)現,降雨量和徑流深的減少是這些地區(qū)CSFs下降的最主要原因,兩省的碳酸鹽巖平衡濃度變化在過去40年內不顯著,對CSFs的變化影響較小。(4)本研究發(fā)現巖溶作用碳匯對氣候變化存在敏感反饋效應,該匯能快速的響應區(qū)域的氣候變化,與地區(qū)的降水和氣溫有較好的相關性。而降雨與氣溫則直接控制著巖溶作用碳匯控制因子徑流和碳酸鹽平衡濃度的大小。近40年來西南地區(qū)CSFs的時空分布差異與該地區(qū)徑流深的時空分布差異基本一致,而巖溶作用碳匯強度與徑流深的高度相關則是由于碳酸鹽巖風化過程中[HCO3-]的化學穩(wěn)定性行為的控制,因此地區(qū)徑流產出是氣候變化下巖溶作用碳匯強度的主要控制因子。全球水循環(huán)的速度正在隨著全球氣候變化而加快,而過去幾十年來全球土壤CO_2受到全球氣候變化的影響也正在快速增加。根據入滲-碳酸鹽巖平衡化學法的估算,我們預測未來的徑流深度的年際變化幅度將遠大于[HCO3-]eq的變化幅度,在年際巖溶碳循環(huán)的波動中徑流對CSFs的影響將是土壤CO_2影響的26倍,降水和徑流的影響將是未來巖溶作用碳匯最主要的控制因素,據此我們預測全球巖溶作用碳匯強度在未來全球氣候變化條件下將會逐漸升高。本研究發(fā)現巖溶作用碳匯是一個能快速響應全球氣候變化的地質作用碳匯機制,這一機制應該被加入到現代全球碳循環(huán)模型中。
[Abstract]:The climate change is one of the most serious challenges facing the human society in the 21st century . The atmospheric CO _ 2 has an important role in regulating the global climate . ( 2 ) The average annual runoff depth in Southwest China is 439 mm - 327 mm , the average value is 386 mm . The runoff depth has obvious gradient change characteristics in the region , such as Guangxi and Hunan Province . The lower value appears in the western part of the region , such as Guangxi and Hunan Province . The results show that the decrease of CSFs is the main controlling factor in the climate change in the past 40 years . In the past 40 years , the decrease of CSFs in the southwest region is about -37 % and -32 % respectively .
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P467;P642.25

【參考文獻】

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本文編號：1927404