生态气候

我国碳循环研究成果进展

北京大学城市与环境学院、北京大学生态研究中心方精云院士组织并带领科研人员，在我国陆地生态系统碳循环研究方面取得系统性突破，在PNAS上发表了系列论文，全面、系统地报道了中国陆地生态系统结构和功能特征及气候变化和人类活动的影响，量化了中国陆地生态系统固碳能力的强度和空间分布，阐明了生物多样性和大尺度养分条件对生态系统生产力的影响。研究成果的发表不仅为验证和发展相关的生态学基本理论、评估生态系统对未来环境变化的响应提供了基本数据，也为今后中国应对气候变化的国际谈判和国土资源的保护利用提供了重要科学支撑。

本专辑的研究思路和基本原理（图片来源于北大新闻）

PNAS第115卷第16期，封面标题为“中国的碳固存”。（图片来源于PNAS）

古丝绸之路核心区到达1.5℃和2℃全球温升阈值时的气候变化

中国科学院大气物理研究所周天军研究组采用CMIP5多模式的集合平均，针对多种排放情景，估算了丝绸之路核心区达到1.5度和2度增暖的时间，比较了全球平均温度达到1.5度和2度温升阈值时丝绸之路核心区的平均气候和极端气候指标的变化，研究论文发表于Atmospheric and Oceanic Science Letters。中国西部和中亚位于古丝绸之路核心区，是连接东西方的桥梁。1.5℃和2℃温控目标的设定，是国际社会应对气候变化的重要举措。理解在上述温升阈值下丝绸之路核心区平均气候和极端气候的可能变化，将为“一带一路”战略的实施提供重要科学参考。

大气非均相化学和污染物催化净化领域研究进展

中国科学院生态环境研究中心贺泓院士研究组在硫酸盐新粒子生成机制、低温选择性催化氨氧化（NH3-SCO）和碳氢选择性催化还原（HC-SCR）氮氧化物方面取得新进展，相关研究成果于连续发表于ACS catalysis。硫酸盐作为大气细颗粒物的重要组分，与灰霾成因密切相关；研究揭示了硫酸盐二次粒子爆发增长的一个新的来源，为灰霾追因与控制提供理论基础。氨气（NH3）主要来源于工业、农业、畜牧业以及交通运输业等方面；最近的研究表明氨气对我国灰霾的形成有重要的促进作用，因此对氨气的去除具有重要意义。乙醇-SCR的反应机理及水蒸气的重要作用被阐释，为设计高效HC-SCR系统提供理论指导。

欧亚大气环流跨季节持续性研究进展

中国科学院大气物理研究所季风系统研究中心吴仁广研究员、陈文研究员等利用观测资料分析、动力诊断以及大气环流模式试验指出，欧亚500-hPa位势高度异常的第一主导模态可以从冬季一直持续到下一年春季，研究论文发表于Journal of Climate。温度是全球气候变化的重要指示变量，温度异常对农业、生态、社会经济和人民生活等都存在显著的影响。欧亚大气环流主导模态的跨季节持续性和北大西洋海温三极子模态的持续性有显著的联系，当北大西洋海温三极子模态维持时，其激发的大气波列也得以从冬季持续到春季。大气环流模式试验证实了上述观测事实。

中国重大生态工程发挥巨大固碳效应

中国科学院生态环境研究中心、沈阳应用生态所、水土保持研究所、武汉植物园、地理科学与资源研究所、遗传发育所等单位承担的中国科学院战略性科技先导专项“国家重大生态工程固碳量评价”项目的最新研究结果揭示，我国所实施的重大生态工程显著提升了工程区域碳储量和碳汇功能，发挥了巨大固碳效应，研究论文发表于PNAS。自2000年至2010年，6项重大生态工程实施对生态系统碳储量和固碳能力提升发挥了重要作用，重大生态工程区内生态系统碳储量增加达到1.5PgC，年均碳汇功能达到132TgC/年，抵消了同期我国化石燃料燃烧CO2排放的9.4%。系列成果表明我国积极参与全球环境治理，落实CO2减排承诺。

“三北”防护林（图片来源于PNAS）

天然林资源保护（图片来源于PNAS）

物种之间的补偿作用在青藏高原草地生产力维持过程中起关键作用

中国科学院西北高原生物研究所“高寒生态系统与全球变化”学科组与北京大学城市与环境学院等单位合作，于2011年在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站（海北站），建立了大型的“增温—降水改变”控制实验。通过野外实验，结合海北站连续32年的地面监测以及青藏高原9个站点实验研究的Meta分析，探讨了气候变化对高寒草地植物群落结构和生产力的影响，研究论文发表于PNAS。为解答系列科学问题，科研人员克服了高原的恶劣气候条件，进行了严格的野外气候变化控制实验。如果未来植物多样性丧失，高寒草地对气候变化的缓冲作用降低，就会威胁到生态系统的服务功能。

乌拉尔阻塞对北极海冰的影响

中国科学院大气物理研究所罗德海研究员等与宾夕法尼亚州立大学教授Steven Feldstein和Sukyoung Lee合作，分析研究了乌拉尔阻塞的东移、西移和准定常对巴伦支和喀拉海海冰的不同影响，并探讨了阻塞影响海冰的具体物理过程，相关成果发表于Journal of Climate。冬季乌拉尔阻塞是北极海冰减少的具体物理过程，最重要的物理过程是增加向下长波辐射，改变表面感热、潜热通量和风驱动的海冰漂移都是相对次要的过程。准定常型乌拉尔阻塞会带来最剧烈最持久的海冰减少，最近20年巴伦支—喀拉海海冰剧烈减少可能与准定常型乌拉尔阻塞的增多有关。

造林对干旱半干旱地区土壤碳氮储量的影响

中国科学院新疆生态与地理研究所李兰海研究员团队通过收集过往发表文献中的数据，同时基于MetaWin平台对数据进行整合分析，评估了造林对全球干旱半干旱地区表层土（0～30cm）有机碳和全氮储量的影响，分析了造林前土地利用类型、造林树种和造林后时间长度对土壤碳、氮的动态影响，研究论文发表于Science of The Total Environment。结果表明，干旱半干旱地区土壤有机碳和全氮储量在造林后分别显著提升了131%和88%。因此，在干旱半干旱地区，在荒地上栽植落叶阔叶树种具有巨大的固碳和固氮潜力，且这种潜力能够在短期内就展现出来。