全球森林和草地自然生態(tài)系統(tǒng)氧化亞氮排放的模型構(gòu)建與模擬
【學(xué)位授予單位】:西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號(hào)】:S718.5;S812
【圖文】:
外輻射引發(fā)光化學(xué)反應(yīng),參與分解臭氧層,增加到達(dá)地表的紫外輻射,危害人健康(Ravishankara et al. 2009)(圖 1-1),據(jù)研究,大氣中的 N2O 體積分?jǐn)?shù)每增就可能導(dǎo)致平流層中臭氧的體積分?jǐn)?shù)減少 10%-16% (Houghton et al. 1996),同 N2O 的光解所產(chǎn)生的自由基產(chǎn)物(如 HNO2和 HNO3等)會(huì)隨著大氣中水汽的落到地面,形成酸雨(Crutzen et al. 1979)?偠灾,近幾十年的研究表明全球氣候變暖是毋庸置疑的事實(shí),因此控制全勢(shì)的首要任務(wù)是控制大氣中各類溫室氣體的濃度的上升。1997 年 12 月 11 日召開了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第三次締約方大會(huì),多個(gè)組織共同促生了第一個(gè)附加協(xié)議—《京都議定書》!毒┒甲h定書》于 2005 年 2 月 16 日正式將限制溫室氣體的排放首次以法規(guī)的形式登上人類歷史的舞臺(tái)。在《京都議N2O 作為被規(guī)定限制排放的 6 種溫室氣體之一,根據(jù) IPCC 在 2013 年的報(bào)告濃度已經(jīng)從工業(yè)革命前的 270 ppbv 增加到 2011 年的 324.2 ppbv,增幅達(dá)到is et al. 2013)。因此,研究 N2O 氣體排放對(duì)理解全球氣候變化、改善地球自然、農(nóng)業(yè)、水資源以及人類健康和生活環(huán)境狀況等具有重要的意義。
硝化微生物的呼吸過程通常優(yōu)先利用 N-氧化物或含氮陰離子。反 有兩種可能的原因:1)Nos 受到抑制使得反應(yīng)的中間產(chǎn)物 N2O 不導(dǎo)致 N2O 被累積下來;2)是某些反硝化細(xì)菌中沒有 Nos,因此它最終產(chǎn)物就是 N2O(孫英杰等 2011)。反硝化過程主要是由異養(yǎng)副球菌和各種假單胞菌)來進(jìn)行的(Carlson and Ingraham 1983),盡已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了某些自養(yǎng)細(xì)菌(如脫氮硫桿菌)也可以進(jìn)行反硝化作用un 1954)。反硝化作用是氮循環(huán)的最后步驟,可看作是活性氮返歸反硝化作用對(duì)維持大氣中的氮素平衡和調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)活性氮庫具有 2012)。CH O + 2NO = 2NO + CO + H O CH O + 2NO 2e = 2NO + CO + H O CH O + 4NO = 2N O + CO + H O CH O + 2N O = 2N + CO + H O
1.5.2 技術(shù)路線本論文利用 Fortran 語言,將 N2O 相關(guān)過程的碳氮循環(huán)核心科學(xué)過程(包括有機(jī)質(zhì)分解、硝化、反硝化和氣體擴(kuò)散過程等)的程序代碼,逐一寫入 TRIPLEX-GHG 模型的Biogeochemistry 模塊的框架內(nèi)。對(duì)于歷史和未來時(shí)期的模擬,耦合模型均在高性能計(jì)算平臺(tái)上運(yùn)行。另外,運(yùn)用插值軟件ANUSPLIN4.36 (Hutchinson and Gessler 1994)對(duì)CMIP5氣候模式未來氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值。針對(duì)以上的研究目標(biāo)和內(nèi)容,設(shè)定了如下的技術(shù)路線圖(圖 1-3):
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