第一章 概述
Abbreviations
UNFCCC-United Nations Framework Convention on Climate Change
ESSP –Earth System Science Partnership
GCP –Global Carbon Project
SCOPE-Scientific Committee on Problems of the Environment
GCTE-Global Change and Terrestrial Ecosystems Project
IGBP –International Geosphere–Biosphere Programme
IGCO –Integrated Global Carbon Observations
IPCC –Intergovernmental Panel on Climate Change
WCRP –World Climate Research Programme
IHDP –International Human Dimensions Program on Global Environmental Change
DIVERSITAS – An International Programme of Biodiversity Science
气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）第一款中，将―气候变化‖定义为：―经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。‖UNFCCC因此将因人类活动而改变大气组成的―气候变化‖与归因于自然原因的―气候变率‖区分开来。
气候变化：它包含地球历史上发生的各种或冷或热的变化，但目前所讨论的气候变化主要是指自18世纪工业革命以来，人类大量排放二氧化碳等气体所造成的全球变暖现象。全球变暖问题是指大气成分发生变化导致温室效应加剧，使地球平均气温异常升高并由此引发的一系列生态、环境、经济等问题。
课程主要内容：
了解全球碳氮循环、温室气体与全球变化的关系；
了解国际社会对遏止全球变化的努力；
重点理解人类活动对全球变化的影响以及政府间气候变化工作委员会（IPCC ）对全球变化若干问题的综合评估；
了解全球变化研究最新进展。
一般认为，地球系统系指由地球的大气圈、水圈、岩石圈、地核、地幔和生物圈（包括人类本身）组成的整体，它包括从地球的地核到外层大气的广阔范围。
三大相互作用的基本过程存在于地球系统中：物理、化学和生物过程。地球系统的演化及发生的重大事件均受这几个相互作用的过程的制约。
地球系统一词与地球系统科学相伴而生，最早非正式出现在1983年。1988年出版了专题报告《地球系统科学》一书，正式系统地阐述了地球系统和地球系统科学的观点。
时间尺度(temporal scale)是指一个过程或一种现象所持续的时间长度，通常用10n 年表示; 空间尺度(spatial scale)是指一个过程或一种现象发生的空间规模，按空间规模的大小可分为局地尺度、区域尺度和全球尺度等。不同时空尺度的过程之间存在着复杂的相互作用。
地球系统中的主要科学问题：
地球系统科学把描述和认识行星尺度的变化（全球变化）作为自己的主要任务，特别强调从本质上认识数十年至数百年的全球变化。它将地球系统分为物理气候系统和生物地球化学循环两个系统，以过程研究为重点，研究其间的相互作用。
1、物理气候系统
1、 物理气候系统包括控制地面温度和降水分布的大气和海洋过程，由于太阳加热不同而产生的运动以及冰雪覆盖的变化。
温度和降水过程，通过大气物理和动力学过程、海洋动力学过程、陆面湿度和能量平衡，以及平流层-中间层大气动力学过程控制着物理气候系统。
（1）气候对辐射重要的微量气体变化的敏感性如何？
（2）海洋环流对大气的作用是如何响应的？海洋环流变化是怎样影响地面温度分布的？
（3）海洋的热容量对大气温室气体诱发的全球变暖出现时间的滞后影响如何？
2、生物地球化学循环
生物地球化学循环是指诸如碳、氮、磷、硫等生源要素通过地球各子系统的物质流，及其对地球系统生物圈的影响。生物地球化学循环包括海洋生物地球化学、陆地生态系统、对流层化学以及平流层、中间层大气化学等过程。
重要性：生物圈是由生物地球化学循环支撑和维持的；生物地球化学循环将物理、化学和生物学过程结合在一起，构成了生物地球化学循环的主要科学问题。
（1）生物地球化学循环的现状如何？
（2）生物地球化学循环在人类扰动前的状态怎样？
（3）生物地球化学循环未来的状态和可能的后果是什么？
3、物理气候系统和生物地球化学循环的相互作用
物理气候系统通过平流层臭氧的变化，云的变化，改变温度、降水和海洋环流的变化直接或间接影响生物地球化学循环。
生物地球化学循环系统则通过CO2、NOx 、CFCs 等微量、痕量气体的―温室效应‖直接或间接影响物理气候系统。生物地球化学循环系统还可以改变植被种群结构、类型，影响地面粗燥度、地面反照率等，最终影响物理气候系统。
还应注意的一些关键过程的研究
（1）地球外部作用力的观测研究（太阳辐射度、紫外辐射通量、火山喷射指数等）；
（2）对流层和平流层痕量气体的观测（如CO 、CO2、NOx 、CFCs 、CH4、O3、H2O 、HNO3、HCl 、气溶胶等）；
（3）大气响应变量的观测研究；
（4）地面特征变量的观测；
（5）海洋变量的观测研究，特别是海洋叶绿素、CO2、海洋生物地球化学通量观测。
物理气候系统与生物地球化学循环间的联系示意图
地球生态系统正在逼近9大极限：海洋酸化、臭氧浓度、淡水消耗量、生物多样性、氮磷循环 、土地使用率、二氧化碳浓度、气溶胶浓度、化学污染。
第一章 大气中的温室气体
第一节 Co2
温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O ）、臭氧（O3）、氟里昂或氯氟、烃类化合物（CFCs ）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs ）、氢氟碳化物（HFCs ）、全氟碳化物（PFCs ）、六氟化硫（SF6）
在大气中贮存时间 ：CO2: 120年; CH4: 10年; N2O: 150年; CFCs: 几百年
《京都议定书》所规定的六种温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O ）、氢氟碳化物（HFCs ）、全氟碳化物（PFCs ）、六氟化硫（SF6）
大气CO2的变化趋势：
1、季节性变化：CO2的浓度随季节变化而有所变动，在5月份左右出现一峰值，从9-10月达到最低。造成这种变化的原因可能与海洋与陆地上植物的光合作用活跃的程度、生物体的分解、化石燃料的使用量的季节变化等有关。
2、年季变化：大气CO2的浓度由于化石燃料的大量使用及土地利用方式的改变等，每年都在增加。
全球大气CO2浓度的变化：年季变化、季节变化、北半球浓度较大、北半球增加的幅度较大。
CO2—人类的影响：化石燃料的燃烧（约占60%）、土地利用方式的改变（约占40%
，如毁林、土壤有机质的丢失）
源：任何向大气中释放产生温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动和机制。
汇：从大气中清除温室气体、气溶胶或他们前体的任何过程、活动或机制。
大气CO2的源：1、一切生物体（自然排放源）；2、土地利用方式的改变（如毁林）；3、化石燃料的使用。
化石燃料：使用量一直在增加；现在每年约消耗6Gt ；欧洲、美国和中国等国占了世界总消耗量的大部分。
化石燃料和大气CO2浓度：大气CO2浓度的增加速率要比我们化石利用速率慢。
大气CO2的汇：
1、海洋（溶解CO2 > H2CO3>HCO3->CO32- ）、造林（北美：1850’s ~20%
北半球：0.5 Gtons C/yr），包括物理和生物过程
2、植被（森林）：大气CO2的主要生物汇，最终进入土壤。
库： 总量 (x1015 Pg C)
海洋 36,000
土壤 1,500
大气* 760
陆地生物 560
大气CO2的年流通量：
光合作用 – 100 Pg C
呼吸 – 100 Pg C
耗氧
厌氧 – 发酵
海洋溶解 – 1.6 Pg C
化石燃料使用– 5.0 Pg C
生物物质的燃烧– 1.8 Pg C
- today ~80%；
大气CO2的输入与输出平衡
输入：
呼吸 = 100 (x 1015 g C / yr)
化石燃料燃烧 = 5.0 (x 1015 g C / yr)
生物物质燃烧 = 1.8 (x 1015 g C / yr) 106.8
输出：
海洋吸收 = 1.6 (x 1015 g C / yr)
光合作用 = 100 (x 1015 g C / yr) - 101.6
每年增加： = 5.2
但是，实测增加 3.0
碳循环的自然过程：1、生物：自养和异养；2、非生物：化学反应。
人为影响：1、化石燃料的使用；2、土地利用。
CO2 施肥效应：随大气CO2浓度的增加，光合作用加速。但是还有各种其他因素控制着生物量。
固碳：增加除大气之外的碳库的碳含量的过程。生物固碳过程包括通过土地利用变化、造林、再造林以及加强农业土壤碳吸收的实践来去除大气中的CO2。物理固碳过程包括分离和去除烟气中的CO2或加工化石燃料产生氢气，或将CO2长期储存在开采过的油气井、煤层和地下含水层。
生物固碳方法
1、海洋生物固定：如南部大洋中藻类的生长受Fe 元素含量的限制，如果适当的增加海水Fe 元素含量，则可刺激藻类生长，从而可以吸收更多的大气CO2。 通过此法可以减少大气CO2浓度的10%。
2、施肥效应：高浓度的CO2可以刺激植物的生长-可以通过种植更多的树来解决温室气体问题。问题是：提供足够的水和养分？
大气CO2浓度增加所导致的一些后果：
1、植物光合能力随CO2浓度的增加而提高，其程度因植物不同的光合途径而异。
2、对森林生态系统碳储量的影响：一般来说，植物物质生产随CO2浓度的升高而增加。
3、对草地碳循环的可能影响：草地初级生产力、凋落物的分解和土壤微生物的代谢活动。
4、对农田生态系统碳循环的影响：大气CO2浓度升高对土壤有机碳平衡的影响则是最近才受到关注的问题，研究积累相对较少。
第二节 CH4
分子量：16 最简单的饱和烃；首次发现：1948年；化学活性：参与许多重要的大气化学过程
变化规律：
1、季节变化：CH4的浓度随季节变化而有所变动。以北京市为例，在夏天浓度增加值较大的原因是大气甲烷生物源强度随温度升高变大造成的。冬季出现浓度增加的原因就是冬季燃烧取暖造成的。而春秋两季甲烷浓度的降低是由于生物源排放强度随温度降低而变小造成的。
2、年季变化：北京市99年以后CH4的排放变幅增大，这主要是由于非生物源（主要是冬季燃煤取暖）改变造成的。
大气CH4源：厌氧环境生物过程的CH4产生主要涉及两个过程：1、在厌氧条件下CO2被H2还原2、CH3COOH 或CH3OH 的转化。这两种过程都需要产CH4微生物的参与。
一般说来生态系统中CH4产生可有两种途径：
1、复杂有机物在细菌作用下产生某种简单有机酸，这种有机酸直接被产CH4细菌利用产生CH4，或有机酸进一步降解生成CO2和H2，CO2和H2在产CH4菌作用下生成CH4；
2、复杂有机物在细菌作用下不经过产酸过程而直接产生CO2和H2
生态系统中CH4的产生所具备的三个条件：1、存在有机物和水分；2、存在一个厌氧环境；
3、温度适于发酵菌和产CH4细菌的生存和繁殖
大气CH4源：
1、动物：动物（主要是食草反刍动物）的消化过程中存在产CH4条件。在反刍动物的瘤胃中存在有机物和水，存在厌氧环境以及一系列分解有机物的微生物和产CH4菌。不产酸途径。
2、稻田：在稻田灌水期间由于有一水层将土壤与大气隔离，土壤中O2、Fe3+、NO3-和SO42-很快被依次消耗，从而形成了一个还原性厌氧环境，产CH4菌和其他一些厌氧细菌，便在土壤中繁殖、分解土壤中的有机物产生CH4。
3、天然湿地：天然湿地指沼泽地、浅水湖沼和苔原等。天然湿地中CH4产生、排放的过程与稻田类似。
4、动物粪便和其他农业废弃物的处理：动物粪便和其他农业废弃物（被当作有机肥料的秸秆等）含有丰富的有机物，如果它们在厌氧环境里发酵分解就会产生CH4。
5、城市固体废弃物和污水处理：随着世界范围城市化的发展，以及城市固体废弃物集中堆放方式的发展倾向，城市固体废弃物及污水处理已经成为全球大气CH4的重要来源。
6、生物体燃烧：在热带和亚热带的森林和草原区，因各种原因而大量燃烧生物体；另外，在世界各地都有将农业副产物（主要是农作物秸秆）烧掉用作肥料的现象。
7、煤矿和石油、天然气开采过程中的泄漏：煤矿和石油、天然气开采过程中的泄漏是大气CH4的主要非生物源。
大气CH4汇：大气CH4的汇主要是在对流层大气中的氧化反应和干燥土壤的吸收以及少量的向平流层输送。
1、对流层中CH4的氧化反应（共四步）；
2、干燥土壤对大气CH4的吸收。
由于土壤吸收大气CH4的速率很低，实验测量困难很大，至今很少实测数据。根据北美荒漠地区的少数测量资料估计，全球干燥土壤每年吸收大气中的CH4约3×1011 kg （IPCC ，WGI ，1990）。
3、对流层大气和平流层大气间的交换
对流层大气和平流层大气之间的交换很缓慢，所以只有少量CH4越过对流层进入平流层。对于大气CH4的汇来说，这一过程并不重要，但这一过程的重要性在于进入平流层的CH4能与平流层自由基（例如氯原子）反应影响平流层O3的光化学过程。
大气CH4的总汇为45×1010kg a-1，总源强为50×1010kg a-1，相差5×1010kg a-1。
第三节 N2O
溶解：常温化学性质稳定，易溶于乙醇、油和醚中；存在时间：120年（IPCC1995）；浓度：310ppbv
季节性变化和年季变化：在城市中，交通工具造成的氧化亚氮排放的N2O 是主要源，而在供暖季，虽然土壤中微生物活动受到抑制，但冬季取暖排放成为阻止大气N2O 浓度下降的因素。因此，土壤、冬季取暖排放虽然都具有季节变化特征，但由于相互叠加、抵消，大气N2O 浓度变化在总体上没有非常明显的季节变化和年季变化特征。
温室气体的源是指温室气体成分从地球表面进入大气，或者在大气中由其它物质经化学过程转化为某种气体成分。
温室气体的汇则是指一种温室气体移出大气到达地面或逃逸到外部空间，或者是在大气中经化学过程不可逆转地转化为其它物质成分。大气温室气体的源有自然源和人为源之分。人为活动引起的人为源增加，被认为是目前大气温室气体浓度逐渐上升的主要因素。
大气N2O 源：土壤中氮的硝化和反硝化过程；水体（海洋和淡水）排放；化石燃料和生物质燃烧，车辆排放；尼龙、己二酸和硝酸生产。
一、土壤
1、土壤：土壤是N2O 的主要源。土壤主要是通过微生物的硝化和反硝化作用而释放N2O 。
土壤中的硝化过程： 硝化过程是在通气条件下，土壤中硝化微生物将铵盐转化为硝酸盐的过程。其中释放部分N2O 。土壤中的硝化过程一般分两步进行，首先铵氧化成NO2-，然后NO2-再氧化成NO3-，期间生成N2O 。
2、反硝化过程：反硝化过程是在通气不良条件下，由土壤微生物将硝酸盐或硝态氮还原成氮气（N2）或氧化氮（N2O ，NO ）的过程。
3、非生物转化过程：N2O 形成的化学转化过程通常与N2O 形成的生物学过程相伴。例如在硝化过程中，NO2-的进一步氧化有时会因高NH3分压和高pH 等因素而受到抑制，从而导致NO2-积累，较高浓度的NO2-与有机质发生化学反应，从而反应生成N2和各种氮氧化物。
通气状况十分良好或过分通气不良均不利于硝化或反硝化过程中N2O 的生成, 从而使得N2O 排放量降低。当土壤供氧十分充分时, 有利于形成硝化作用的最终产物NO3-，而严格厌氧造成的强还原环境会促进形成反硝化的最终产物N2，二者均不利于形成中间产物N2O 。同时，硝化、反硝化过程中相关微生物的数量及其酶活性的变化对N2O 的排放量也将产生较大的影响。
影响土壤N2O 排放的主要因素：
1、氮肥施用的影响：氮肥的施用与否、氮肥的不同种类（有机肥与化学氮肥）及其不同肥料类型（铵态氮肥与硝态氮肥等）、施肥量等对N2O 的产生有着十分重要的影响。
2、土壤含水量的影响：土壤含水量主要通过影响土壤通气状况、土壤的氧化还原状况、土壤中微生物的活性以及土壤中N2O 向大气的扩散来影响N2O 的产生与排放。
3、土壤温度的影响：N2O 排放是温度、氧气和反应底物浓度以及传输过程交互作用的结果。土壤温度对N2O 产生的生物学过程有着十分重要的影响。 都抑制硝化作用发生；反硝化微生物所要求的适宜温度为30-67 ℃。
4、pH 值的影响：土壤pH 值作为一个重要的土壤化学参数对N2O 生成的相关化学反应起着一定的促进或抑制作用。反硝化速率的最佳pH 范围为7.0-8.0。如在酸性条件下，由于酸性条件对N2O 还原的抑制比对NO3-的抑制更强，所以反应产物中N2O/N2的比例较大，随着pH 值的升高，N2O 向N2的还原加速，反应产物中N2O/N2的比例逐渐下降。
5、土壤有机质含量的影响：土壤中的氮主要来自于有机质的矿化和施入的氮肥，土壤有机质的矿化产物不仅为反硝化过程提供了反应底物，而且有机质本身还为参与这一过程的微生物提供了能源。此外，有机质本身还是一种呼吸基质，可引起氧胁迫。
6、土壤孔隙度的影响：土壤孔隙度不仅影响土壤中氧气的供给状况，而且还对N2O 的排放过程产生极为重要的影响。植物根系对反硝化作用的影响限于孔隙度低的条件下，当孔隙度低于10%-12%时，根系中氧气的耗竭将会使反硝化作用增强。
7、植物本身的影响：植物与土壤的相互作用极大的影响着土壤-植物系统中N2O 的释放。一方面植物根系及根系分泌物一定程度上改变了土壤的物理化学性质，促进了土壤中的微生物过程和N2O 的产生。另一方面，植物的存在还会对土壤N2O 的排放传输过程产生影响，植物可以某种方式将土壤中产生的N2O 传输到大气中，这一作用在水稻-土壤系统中尢为明显，在其它植物-土壤系统中也可能有类似的作用。
8、光照的作用：陈冠雄等对大豆植株进行了光照影响的田间试验和室内模拟试验研究，发现N2O 通量在较弱的光照条件下较高，在完全黑暗和较强的光照条件下较低，甚至吸收大气中的N2O 。
9、土壤耕作利用的影响：对比农业土壤和未开发土壤、常耕与免耕土壤N2O 的排放量，结果表明，农业土壤比未开发利用土壤产生和排放更多的N2O ，这是因为农业土壤肥沃，土壤氮的有效性高。而农业土壤中，免耕土壤又由于含有较多的水分和较小的总孔隙度，而比常耕土壤能产生和排放更多的N2O 。
二、海洋及淡水系统：
海洋是N2O 的重要源，但不是主要源。最近实验结果表明，海洋释放N2O 的量较小。IPCC 最新的估计是，每年海洋排放N2O1.4~2.6Tg。NH4+首先在O2作用下被氧化成NH2OH ，然后NH2OH 通过下列反应被进一步氧化成NO2-或N2O 。产生和消耗N2O 的生物过程主要取决于水体中的含氧量。淡水系统也可以排放N2O ，并且主要来自于反硝化作用。有报
道指出淡水系统排放的N2O 通量为0.05-5.0Kg N2O-N hm-2 a-1。
三、氮肥
氮肥释放N2O 大小与土壤类型、施肥种类和方式、农业耕作形式和天气状况等许多因素相关。氮肥施撒在田地上一部分直接以N2O 形式排进大气，另一部分进入地下水后挥发再释放到大气中。
四、生物质燃烧和化石燃料燃烧
生物质燃烧包括作物秸秆、草地燃烧等。估计全球生物质燃料产生的N2O 每年为0.5Tg N。最主要的人为生物物质燃烧是热带草场和热带森林的燃烧。化石燃料主要包括天然气、石油和煤等，IPCC 最新估计，全球燃料源N2O 排放可能是0.1-0.3Tg N/a。
五、工业源
一些工业生产过程如硝酸、尼龙生产过程、合成氨和尿素均可排放N2O 。估计生产4.2×104吨尼龙可能产生20Gg N2O-N，合成氨、硝酸和尿素的生产N2O 的排放量分别为21，3.2和
4.8Gg N2O-N。 废水处理过程也会释放N2O 。一级处理中通过反硝化作用产生的N2O 在二级好氧曝气过程中释放出来。
六、植物
过去一直认为生物源的N2O 主要来自土壤微生物的硝化和反硝化过程，但近年来首次发现植物（如大豆、玉米、水稻、赤杨等）能释放N2O ，并指出植物释放N2O 的速率不仅与植物的种类、部位、植物所处的生理阶段有关，而且与其自身的NO3-含量及所处的环境中的氧浓度等因素有关。
大气N2O 汇：1、平流层光化学氧化；2、土壤吸收；3、海洋吸收。
1、平流层中N2O 的光化学氧化反应：N2O 在对流层大气中非常稳定，通过迁移扩散进入平流层，在平流层大气中N2O 的光化学离解和与O （1D ）间的反应是全球大气N2O 的最主要的消除过程（汇）。
2、土壤吸收和水体吸收：对流层中N2O 的汇主要是土壤和水体，但其去除机制和大小还不确定。海洋即是N2O 的源，又可以是N2O 的汇：在水中氧浓度较低的情况下，水体成为溶解大气中N2O 的汇，因为在此时微生物的呼吸作用消耗了N2O 。许多陆地生态系统也是N2O 的汇：在厌氧条件下，土壤吸收N2O 的能力要大于其释放N2O 的能力。
N2O 的环境危害：
1、臭氧层破坏：N2O 的氧化是产生平流层NO 的主要源，平流层中NO 参与催化与臭氧作用的链反应，破坏了臭氧层。
2、温室效应：一般地，对流层中N2O 对红外长波的辐射强迫与大气N2O 浓度的平方根成正比。
辐射强迫：由于气候系统内部变化或如二氧化碳浓度或太阳辐射的变化等外部强迫引起的对流层顶垂直方向上的净辐射变化（用每平方米瓦表示：W m-2）。
3、酸雨及其危害：在平流层底部，N2O 分解产生的NOx 经化学反应后开成HNO3。硝酸在进入对流层后产生两种效应：（1）通过云水清除形成酸性降水，（2）作为温室气体加剧温室效应。
4、N2O 的其他危害：N2O 对动、植物和人类的直接危害目前暂不甚清楚。但N2O 作为麻醉剂使用已经有很长时间。有人提出在医院里从事麻醉作业的人身体上出现的异常现象可能与N2O 有直接和间接的关系，因此，N2O 今后很可能成为医院的污染来源之一。
中国减少CO2、CH4及N2O 排放的措施：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》
1994年中国所排放的温室气体中：CO2、CH4和N2O 分别占有73.1%、19.7%、7.2%。其中： CO2、的排放主要来自能源活动；CH4和主要来自农业活动和能源活动；N2O 主要来自农业活动。
1、针对CO2排放：CO2的排放：能源活动占总排放的90.95%。（1）调整能源结构；（2）提高能源利用率；（3）可再生能源的利用；（4）增加陆地生态系统的碳吸收。
2、针对CH4：中国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动（27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
（1）减少农业活动CH4排放：饲料秸秆的处理和营养成分的改善：秸秆的氨化、粉碎及颗粒化；多功能复合添砖的使用及过瘤蛋白的使用；减少稻田排放。
（2）减少能源活动排放CH4的对策：采煤前先采出煤层气回收利用，不仅增加新的能源，而且减少CH4排放和瓦斯爆炸事故的发生，有效的改善煤矿安全。
（3）减少废弃物处置排放CH4的对策：垃圾的分类处理和填埋，充分利用有机垃圾产生的CH4作为燃料或发电；改善填埋场设施，降低填埋场湿度以抑制CH4的产生；筛选环境适应性强的CH4氧化菌并接种于填埋场，促进CH4的氧化；将填埋构造由厌氧型改为半好氧型或渗滤液回灌的半好氧型。
3、针对N2O ：中国N2O 排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生产过程分别占5.8%和1.8%。促进区域间氮肥施用的均衡发展；提高氮肥利用率；长效氮肥和控施化肥的施用；生物抑制剂的施用。
Factors influencing agricultural N2O emissions
气候要素(如：太阳辐射、温度、降水等) 直接影响土壤环境，而土壤环境驱动着N2O 的产生和排放。如温度和降水的季节性变化改变了土壤的水热条件，进而影响硝化和反硝化作用，最终导致土壤N2O 排放的季节性变化。
农田N2O 排放的日变化和季节变化可部分地通过气温的变化来解释。在旱地土壤条件下，温度是影响N2O 排放季节变化的关键因子，而在水田阶段则不然。
在适宜的土壤水分条件下和一定温度范围内，N2O 排放随土壤温度的上升而增加（邹建文等，2003）。Dorland 和Beauchamp(1991)的研究发现，在-2～25℃范围内反硝化量的平方根与温度呈直线关系。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Soil Texture
土壤质地是土壤通透性、土壤空气组分、水分有效性和微生物活性的一个重要控制因素，因而影响硝化和反硝化作用的相对强弱及N2O 在土壤中的扩散速率。
土壤质地还影响土壤有机碳的分解速率（黄耀等，2002），进而影响产N2O 微生物的基质供应。
表土砂粒和粘粒含量常分别用作指示土壤适于好气生物和嫌气微生物的参数，Granli 和 Bøckman （1994）认为土壤质地可作为适合硝化和反硝化作用的指示参数。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Soil O2 Status
土壤通气状况由水分含量、O2在土壤中扩散的难易程度以及微生物和根系对O2消耗的多寡所决定。对反硝化过程而言，其速率与O2量成负相关。
Ryden 等(见陈文新，1989) 指出明显的反硝化作用发生在氧化还原电位（Eh ）为300-650 mv之间，Eh 在0 mv以下则不对N2O/N2比发生影响。但对于硝化过程而言，现只知道有氧时其最终产物是NO3-，但绝对厌氧条件下能否硝化完全尚存争议。
衣纯真等(1994)发现在温度、湿度相同的条件下，通气状况强烈影响土壤反硝化作用的进行，嫌气条件下反硝化作用强于好气状况。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Land Use and Farming type
在农业土壤上，不同的轮作制度也对N2O 的排放有明显影响：单季-休闲、水-旱轮作、旱旱连作、三熟制等。
不同作物类型：如固氮作物、C3和C4作物、旱作与水田作物等。
作物在农业生态系统N2O 排放中具有重要作用，作物与土壤相互作用极大地影响N2O 的排放.
一方面，作物根系及根系分泌物影响产生N2O 的微生物过程，特别是根系对离子的吸收和分泌有机酸，使根际土壤pH 值改变，从而影响硝化和反硝化过程；
另一方面作物可以通过某种方式将土壤中产生的N2O 传输到大气中或通过作物组织的生理反应排放N2O （于克伟等，1995）。
尤其在固氮作物将大气中的氮转化为生物有机氮的过程中，作物会向大气中排放部分N2O 。
N input
引起农田土壤N2O 排放的氮源主要来自有机氮矿化、化学氮肥、有机肥料和生物固氮等，其中化学氮肥是我国农业生态系统中氮素的主要补充源。
IPCC(1997)将化学氮肥施用引起的农田N2O 排放分为直接排放和间接排放两大类：直接排放是由于非挥发性氮肥施用转化成N2O 排放；间接排放是挥发性氮肥（NH3-N 和NOX-N ）施用后挥发到大气中的NH3和NOX 通过沉降作用又回到土壤中，转化成N2O 排放到大气中的过程。
Nitrous Oxide Emission Model：
Eichner （1990）提出―化学N 肥的N2O 直接排放系数‖概念 (FIE－Fertilizer-induced emission factor 或简称为排放系数，EF-Emission factor) ，即在同等面积下施肥农田的N2O 排放总量减去对照农田（不施肥农田）的排放总量，并将这一差值计算为施N 量的百分比，其意义为释放的N2O-N 占输入农田的肥料氮N 的比例，用公式表示为：EF ＝（施肥农田N2O-N －不施肥农田N2O-N ）/肥料N×100％。
Bouwman (1996)在Eichner 工作基础上，对1978 到1992 年间43 篇论文中的174 组农田N2O 排放数据进行了分析，指出长时间序列的N2O 排放观测有助于提高估计精度，因此他将观测期>=一年的数据分离出来，并以此建立了N2O 排放量与施肥量的回归式：
E ＝1+0.0125（±0.01）×F （n=20）
其中E 是单位面积N2O 年排放量（kg N2O-N hm-2 yr-1），F 为施N 量（kg N hm-2 yr-1 ）。数值1代表背景排放，即不施N 肥条件下N2O-N 排放量（ kg N2O-N hm-2 yr-1 ）。0.0125为N2O-N 排放系数，其意义是以N2O-N 形式损失的N 占肥料N 的1.25％。该排放系数并不是一个定值，它的变化范围是0.25～2.25％。
基于Bouwman （1996）的工作，IPCC （1997）和IPCC （2000）的指南中将1.25%作为外源输入N （包括化肥N 、动物粪肥N 、固氮作物固定N 和作物残体N ）的N2O-N 直接排放系数的缺省值。利用该值和FAO 数据库以及各国的统计资料可以估算区域和全球的N2O 排放。
Bouwman 等（2002a; b）通过文献调研，汇总了全球846组农田N2O 排放数据，在此基础上，利用REML （Residual Maximum Likelihood）技术建立了N2O 排放与氮肥施用、环境因子、管理因素以及观测技术等因素相关联的数学表达式：
其中E 为N2O 排放量（kg N2O-N hm-2），const 为常量，取值为-0.4136，Factor class 为各个因子对N2O 排放的贡献，所包括的因子主要有，氮肥施用量与肥料类型综合效应、作物类型、土壤质地、土壤有机碳含量、土壤排水状况、土壤pH 、气候类型、观测时间和观测频率等。
利用该模型，Bouwman 等（2002b ）估计全球范围内农田每年所释放的N2O-N 量为2.8 Tg，约占施氮量的1％，这一结果已被IPCC （2006）所采用，用作N 肥直接排放系数的缺省值。
Skiba 等（1998）汇总了1991到1996年在苏格兰22个观测点的数据，用统计回归的方法建立了N2O 排放与氮肥施用量、土壤温度和土壤含水量的关系式。Sozanska 等（2002）在Skiba 的工作基础上，利用因子分析和多元回归技术进一步建立了N2O 排放的经验模型，在此模型中，N2O 排放被表示成与氮肥投入量、土壤含水孔隙率（WFPS ）、土壤温度和土地利用类型等参数有关的量。
Freibauer 和Kaltschmitt （2003）在综合了欧洲区域内N2O 田间观测数据的基础上，将该地区按照土地利用方式及气候地理位置分成了3种类型，并针对每种类型分别建立了经验回归模型，这些模型在考虑了N 肥施用的基础上，又引入了土壤N 含量、土壤有机碳和土壤砂粒含量等因子。
Roelandt 等（2005）针对温带地区建立了两个经验模型，MCROPS 和MGRASS ，分别对应耕地和草地N2O 排放，模型建立的基础同样是通过文献调研，获得N2O 观测数据和相应的影响因子资料，并以此为基础通过主成分分析和多元回归的技术建立统计模型。
这些模型的建立大都得益于Firestone 和Davidson (1989) 的描述N2O 产生过程的HIP 概念模型（Hole in the Pipe）。该模型加深了人们对土壤N2O 产生与排放过程的理解。
目前，国际上用于N2O 排放估计的模型主要有：NGAS 模型 (Parton等，1996) 、CASA (Potter 等，1996；1997) 、NASA-CASA (Potter 等，2001) 、CENTURY (Liu等，2000；Reiners 等，2002) ，DAYCENT (Parton等，2001；Del Grosso等，2002) 、ECOSYS (Grant和Pattey, 1999; 2003) 、DNDC 模型（Li 等，1992）和PnET-N-DNDC 模型 (Li等，2000；Stang 等，2000) 。
在早期的CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach) 模型（Potter 等，1993）中，N 微量气体（包括N2O 、NO 和N2）子模块即以HIP 概念模型为基础，将土壤N 的总潜在N2O 、NO 和N2气态损失看作土壤N 矿化的一定比例（2%），并不具体区分硝化过程和反硝化过程，NO:N2O:N2的比例由土壤湿度（WFPS ）决定 (Potter 等，1993) 。
此模型相对来说较为简单，在操作上具有一定优势，仅需要简单的气候、土壤以及卫星影像植被指数（NDVI ）等参数即可进行大尺度模拟N2O 、NO 和N2排放量。
在Parton 等（1996）所建立的CENTURY 模型中，将N2O 产生分成了两部分，即硝化子模块和反硝化子模块。其中，硝化速率由分解速率确定，硝化引起的N2O 排放视为硝化速率的一定比例，反硝化过程中所产生的气体排放（N2O 和N2）被认为是土壤NO3-含量、土壤呼吸和土壤湿度的函数，N2O/N2比则由一个基于5天的培养实验发展的经验方程决定 (Weier 等，1993) 。
在CENTURY 模型的基础上，Parton 等（2001）进一步建立了DayCent 模型，它是CENTURY 模型的以日为步长的版本。总的来说，DayCent 的机理比较清晰，输入资料易于获得，因而其发展以来也得到了大量的应用.
DayCent 能比较可靠地模拟不同的自然和人为管理生态系统中植被的产量、土壤有机质水平和微量气体的排放。目前，DayCent 模型是美国政府在编制国家温室气体排放清单时，用于计算农业土壤排放的主要方法。
以上这些模型的共同点是都将N2O 排放看作是土壤中矿化、硝化或者反硝化过程中的部分产物，忽视了相关的生物化学动力学过程。Li 等于1992年建立了土壤反硝化–分解模型 (DNDC–Denitrification-Decomposition model) ，该模型是一个用于预测土壤分解和反硝化速率的土壤生物地球化学模型，通过输入模拟地点的日气象数据、土壤性质、植被特征及管理措施，得到的输出包括植物生长情况、土壤水分和碳氮动态、N2O 、CO2及其他多种微量气体的排放(Li, 2000; 李长生, 2001; 李长生, 2004)。
DNDC 模型是当前国内外用于估算N2O 排放的过程模型的典型代表，同时也是反映农业生态系统土壤碳、氮生物地球化学循环过程的一般性数值模型.
第l 部分包含土壤气候、植物生长和有机质分解等3 个子模型，其作用是根据输入的气象、土壤、植被、土地利用和农田耕作管理数据预测植物土壤系统中诸环境因子的动态变化；
第2 部分包含硝化、反硝化和发酵等3 个子模型，这部分的作用是由土壤环境因子来预测上述3 类微生物参与的化学反应的速率。
DNDC 包含了在陆地生态系统中起主导作用的物理、化学及生物过程，虽然每一具体的反应方程式都是简单的，但数百个方程式交互反馈，使整个模型得以再现生态系统中种种非线性过程。
该模型建立以来，已在全球被广泛应用和验证。在此基础上Li 等于2000年将DNDC 模型、土壤硝化模型和光合蒸腾模型 (PnET–Photosynthesis-Evapotranspiration) 耦合, 发展成了PnET-N-DNDC 模型 (Li 等，2000；Stang 等，2000) 。
第三章 国际社会对遏制全球变化的努力
第一节 联合国组织对碳减排所做的努力
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）
《京都议定书》（Kyoto Protocol)
―波恩协议‖
―马拉喀什协定‖(Marrakesh Accords)
《气候变化与可持续发展德里部长级宣言》
一、《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）
UNFCCC 是第一个具有法律约束力的国际环境公约。其最终目标是要为了防止人类对气候系统的有害干预，将大气中温室气体的浓度稳定在一个水平上，使生态系统自然地适应气候变化，保证粮食生产不受威胁，以及在可持续方式下取得经济发展。
1989年11月，《关于防止大气污染与气候变化的诺德韦克宣言》，提出防止全球气候变暖的问题—推动
1990年12月21日，联合国决定设立气候变化框架公约政府间谈判委员会，正式启动了《联合国气候变化框架公约》的谈判进程。—启动
《联合国气候变化框架公约》的通过及生效：
1991年2月-1992年5月谈判委员会共举行了六次会议。—谈判
1992年5月9日在纽约通过了《联合国气候变化框架公约》—通过
1992年6月11日，李鹏总理在里约环发大会代表中国签署了《公约》—中国
1994年3月21日《公约》正式生效，至2002年12月，共有186个国家和欧盟成员成为《公约》缔约方。—生效
〈公约〉明确规定：发达国家和发展中国家之间负有共同但有区别的责任—责任
《公约》明确规定发达国家和发展中国家之间负有共同但有区别的责任，即各缔约方均有义务采取行动对付气候变化；但发达国家对气候变化负有历史和现实的责任，理应承担更多义务；而发展中国家的首要任务是发展经济，消除贫困！
《联合国气候变化框架公约》的基本规定：
《公约》的目标：将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。生态系统的适应、粮食生产免受威胁、经济可持续发展。
《公约》确立的五原则：
第一是公平原则（共同但有区别的责任原则）；
第二是充分考虑发展中国家的具体需要和特殊情况原则；
第三是预防原则；
第四是促进可持续发展原则；
第五是开放经济体系原则。
各缔约方的义务：《公约》第四条为所有缔约方规定了普遍性义务。同时也为附件一缔约方（即发达国家、经济转轨国家和欧盟）和非附件一缔约方（绝大多数是发展中国家）分别规定了不同的义务。
所有缔约方均承担的义务是：
提供所有温室气体排放源和吸收汇的国家清单；
制定、执行、公布国家计划；
促进减少或防止温室气体人为排放的技术的开发应用；
增强温室气体的吸收汇；
制定适应气候变化影响的计划；
促进有关气候变化和应对气候变化的信息交流；
促进与气候变化有关的教育、培训和提高公众意识等。
附件一国家承担的义务：
1、带头遵循公约目标，改变温室气体人为排放趋势；
2、制定国家政策和采取相应的措施，减缓气候变化；
3、帮助发展中国家缔约方支付适应由于气候变化而产生的不利影响的费用，转让无害环境技术等。
非附件一国家承担的义务：
发展中国家能在多大程度上有效履行其〈公约〉的义务，将取决于发达国家的行动！
《联合国气候变化框架公约》下的机构：最高机构：COP ——缔约方会议（Conference of the Parties) ——附属科技咨询机构（SBSTA ）和附属履行机构（SBI ）。
《联合国气候变化框架公约》谈判中各利益集团的立场：
欧盟（经济、环境、政治）：力图主导国际气候变化谈判的走向。拥有先进的环保技术和较充足的资金，极力要求立即采取较激进的减、限排温室气体措施。
―伞型集团‖（美、日、加、澳、新、俄等）：政治。多为能源消耗或减排压力较大的国家。由于担心减排行动对本国的经济造成过大负担，它们反对立即采取减、限排措施。但在迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务方面，欧盟与其立场一致！
―七十七国集团加中国‖（发展中国家）：认为发达国家应对全球气候变化承担历史和现实责任，应率先采取减排行动；反对目前情况下由发展中国家承担减、限排温室气体义务，担心因此阻碍其自身的经济发展。集团庞大，分歧较大。
未来气候变化谈判的走向：三大集团及各国之间的斗争！事关各国能源利用和经济发展全局等根本利益！气候变化谈判成为高度尖锐复杂的国际谈判！
二、《京都议定书》（ Kyoto Protocol)
《京都议定书》谈判的启动：―柏林授权‖。《公约》仅规定发达国家应在20世纪末将其温室气体排放恢复到其1990年的水平。1995年柏林举行的第一次缔约方会议，通过―柏林授权‖：为发达国家规定2000年后温室气体减排时间表，同时决定不为发展中国家引入除《公约》以外的任何新义务。
《京都议定书》的制定和通过：
1997年12月1日至11日，第三次缔约方会议（又称京都会议）在日本京都举行。会议终于以协商一致完成谈判，制定了《京都议定书》（简称《京都议定书》
《京都议定书》是第一个为发达国家规定了量化减排指标的国际法津文件。没有为发展中国家规定任何减排或限排义务，符合―柏林授权‖的精神和规定。
《京都议定书》的基本规定：
（1）定量减排指标：《京都议定书》规定：附件1国家将以1990年排放的温室气体为基数，
在2008年到2012年间，实现平均减排5.2%，其中欧盟为8%，美国为7%，日本和加拿大为6%。
（2）三个灵活机制：
1、联合履约机制（JI ）：―发达国家应当与其他国家共同（或者帮助其他国家）采取有关政策与措施，实现《京都议定书》规定的目标‖。JI 是指某些国家（主要是发达国家）为完成其在《联合国气候变化框架公约》中承诺的―温室气体减排义务‖，而在境外（主要是发展中国家）实施的资金和技术援助项目。
2、清洁发展机制（CDM ）：是协助未列入附件1的缔约方（主要指发展中国家）实现可持续发展和为完成《公约》的最终目标做贡献，并协助附件1中的缔约方遵守第三条规定的排放量限制和减少排放的承诺。此机制是针对发展中国家也要对保护全球环境做贡献而诞生的。核心是允许发达国家与发展中国家进行以项目为基础的减排抵消额的转让与获得。可在《京都议定书》生效之日起2008年（承诺期开始年）期间实施。
3、国际排放贸易机制（IET ）：为了实现一定的温室气体限排或减排目标，规定有关国家的排放权或限额，并在尽可能广泛的范围内建立温室气体的排放权贸易市场，以通过市场机制求得温室气体减排的最小成本。
简单的讲，国际温室气体排放贸易制度可称为―买卖温室气体排放权‖的制度，它是把温室气体排放权转换成为一种商品并将其纳入价格机制的一种市场经济手段。目前它只限于在工业化国家之间进行。
《京都议定书》三机制的目的：在于使发达国家可以通过这些机制在本国以外取得减排的低消额，从而以较低成本实现减排目标，缓解其国内减排压力。
《京都议定书》三机制的不同点：JI 和CDM 是基于项目进行的减排合作机制，而IET 则是在全球市场上对分配的排放限额进行贸易的市场机制。
设立的机构（UNFCCC ）：最高机构：COP ——缔约方会议（Conference of the Parties)——附属科技咨询机构（SBSTA ）和附属履行机构（SBI ）。
《京都议定书》谈判中各利益集团的立场：
最大的焦点：发达国家迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务！
欧盟：发达国家在2010年将CO2等三种温室气体排放量从1990年水平上减少15%！
伞型集团：主张减排指标和时间跨度低的多、长的多！更重视减排成本、减轻减排压力！
发展中国家：大多数问题上立场一致，但有矛盾！
《京都议定书》的生效：
生效条件：要达到两个―55‖，即有55个《公约》缔约方批准议定书，且其中的附件一国家缔约方1990年温室气体排放量之和占全部附件一国家缔约方1990年温室气体排放总量的55%。
生效历程：
1997年12月至2001年11月近4年间，只有43个国家批准了议定书，且多为中小国家。
2001年美国宣布不批准《京都议定书》引起各国强烈反响。
2002年澳大利亚宣布不批准。
2002年9月5日，已有93个国家批准了议定书。中国、印度等发展中大国亦批准！
2002年12月17日，新西兰和加拿大等国也批准了议定书。
2004年10月22日，俄罗斯批准了议定书。
2005年2月16日，旨在遏制全球气候变暖的《Kyoto Protocol》生效！
《京都议定书》通过之后的几个重要文件：
1、布宜诺斯艾利斯行动计划
1998年第四次缔约方会议上达成。规定：在第六次缔约方会议前应通过《京都议定书》实施规则及其要素，从而为其后的谈判提供了任务，指明了方向。―后京都进程‖：旨在迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务。―自愿承诺‖：东道国阿根廷提出发展中国家自愿承诺的议题。
2、波恩协议
2000年，第六次缔约方会议失败！
2001年3月，美国拒批！
2001年7月第六次缔约方会议续会在波恩召开，就落实―布宜诺斯艾利斯行动计划‖通过了一揽子协议。该协议的通过是气候变化谈判历史上的重大突破。
基金、规则、三机制及遵循程序等。
3、马拉喀什协定
2001年10月第七次缔约方会议在摩洛哥马拉喀什举行。就落实―波恩协议‖通过了一揽子协
议。
资金、技术转让、能力建设等；三机制、遵循程序和碳汇问题等。
该协议通过后，除个别具体问题外，为使《京都议定书》生效所进行的实施规则的谈判已经全部结束，气候变化谈判进入了一个新的阶段。
气候谈判新进展：第八次缔约方会议和《德里宣言》
《德里宣言》的问世
第八次缔约方会议于2002年10月23日至11月1 在印度新德里举行。主题：《京都议定书》生效后的未来温室气体减排战略。会议通过了《气候变化与可持续发展德里部长级宣言》（简称《德里宣言》）
《德里宣言》的主要内容：
（1）首次在国际文件中明确提出应在可持续发展框架下对付气候变化问题，针对气候变化的适应性问题是所有国家在气候变化方面的优先工作。
（2）宣言强调，应对气候变化的战略、措施、方案与活动应充分考虑共同但有区别的责任原则及各国的能力、发展水平、优先选择和国情。
联合国全球环境基金（GEF ）：
GEF 是一个实施UNFCCC 和碳减排的重要基金组织。
GEF 由世界银行、联合国开发计划署（UNDP ）和联合国环境规划署（UNEP ）共同管理。
主要是以赠款或其他的形式，向受授国（包括发展中国家和部分经济转轨国家）提供关于气候变化、生物多样性、国际水域和臭氧层损耗等四个领域及相关的土地退化方面项目的资金支持，以取得全球环境效益。
政府间气候变化专业委员会（IPCC ）
IPCC 作为一个非常设机构，承担着为气候变化谈判提供科学咨询的任务，负责有收集、整理和汇总世界各国在气候变化领域的研究成果，提出科学评价和政策建议的责任。
第一工作组：负责评价气候系统和气候变化的科学问题。
第二工作组：负责分析和评价气候的影响，包括气候变化的社会经济影响，自然系统的脆弱性，以及如何适应气候变化等问题。
第三工作组：负责评价气候变化的政策和措施方面，包括限制温室气体排放和减轻气候变化影响的政策和技术措施。
任务小组：负责收集、整理和分析IPCC 各成员国温室气体排放清单等。
每个工作组和任务小组各设两位共同主席（Co-Chair) ，一位来自发展中国家，另一位来自发达国家，均由IPCC 全会选举产生。
IPCC 每年举行一次全体成员大会。
1990、1995、2001、2007年分别撰写了四次《气候变化评估报告》
目前正在进行第五次科学评估报告编写的准备工作。
气候变化与国家信息通报：
各国报告本国与气候变化相关的信息，使国际社会及时掌握这些情况，对于国际社会和各国政府做出正确的判断和决策有着重要作用！
《公约》对国家信息通报内容的规定：
（1）编制《蒙特利尔议定书》未予管制的各种源的人为排放和各种汇的清除的国家清单；
（2）为履行公约而采取或设想的步骤；
（3）与公约目标相关的其他信息。
发达国家与发展中国家的不同义务：
（1）发达国家每3-5年提交一次国家信息通报，发展中国家无此规定。
（2）发达国家的温气（6种）源汇清单及年度清单，发展中国家只提交第一次国家信息通报，且只需提供3种温气清单。
（3）发达国家自己支付信息通报的费用，发展中国家由GEF 资助。
关于中国：
（1）2004年提交《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》。
（2）包括国家基本情况，国家温室气体清单，气候变化的影响与适应，与减缓气候变化相
关的政策措施，气候系统观测与研究，教育、宣传与公众意识以及资金、技术和能力建设方面的需求7大部分。
（3）1994年中国二氧化碳净排放量为26.66亿吨（折合7.28亿吨碳），甲烷排放总量为3429万吨，氧化亚氮排放总量约为85万吨。
在经历了一段经济快速增长后，中国的人均温气排放量仍然远低于发达国家的水平，中国政府实行的一系列有利于减缓气候变化的政策措施发挥了积极的作用。
2007年3月，启动第二次信息通报编制工作。
第二节 主要国际科学组织所做的努力
一、全球变化国际研究计划简介
国际地圈生物圈计划（IGBP ）
全球变化人文因素研究计划（IHDP ）
世界气候研究计划（WCRP ）
生物多样性计划（DIVERSITAS ）
地球系统科学联盟（ESSP ）2001年成立
1、国际地圈生物圈计划（IGBP ）
由国际科学联合会（ICSU ）发动和组织的重大国际科学计划。
1980年初代酝酿，1986年正式提出，1990年进入执行阶段。
1988年成立国际地圈生物圈计划中国全国委员会 （CNC-IGBP ）。
IGBP 的研究思路：系统、集成、尺度
IGBP 以生物地球化学循环子系统及其与物理气候子系统的相互作用为主要研究对象。 IGBP 的研究目标是：
对控制地球系统动力学的各种相互作用的物理、化学和生物过程进行分析；
研究发生在这些动力学中的各种变化；
研究人类活动在这些变化中所起的作用。
IGBP 的研究阶段：
第一阶段：1987-2003年，融合了IGBP 及其相关计划研究成果的系列集成文献的出版。
第二阶段：2004-2013年。
IGBP 核心研究计划：
（1）过去的全球变化（PAGES ）
（2）国际全球大气化学（IGAC ）
（3）陆地生态系统-大气过程集成研究（iLEAPS ）
（4）全球陆地计划（GLP ）
（5）海岸带陆-海相互作用（LOICZ ）
（6）全球海洋生态系统动力学（GLOBEC ）
（7）海洋生物地球化学和海洋生态系统集成研究（IMBER ）
（8）上层海洋-低层大气研究（SOLAS ）
（9）地球系统分析、集成与模拟（AIMES ）
2、全球变化人文因素研究计划（IHDP ）
由国际科学联盟理事会（ICSU ）及国际社会科学联盟理事会（ISSC ）于1996年共同发起，2004年成立中国委员会（CNC-IHDP ）。
目标包括：
1、促进对左右人与地球总体系统相互作用的复杂原因的科学理解和认识；
2、不断努力探索预测全球环境下的社会变化；
3、确定宏观的社会战略，以预防或减轻全球变化的不利影响，以适应那些无法避免的变化；
4、分析对付全球环境变化、促进实现可持续发展的政策与方案。
研究内容：
1、全球变化的根源，主要是人为根源；仔细区分自然趋势和由人类活动所造成的两类变化；
2、由于自然和直接由于人类作用所引起的变化的后果；
3、对全球变化的管理。
核心计划：
土地利用与土地覆盖变化研究（LUCC ）
全球环境变化的制度因素（IDGEC ）
全球环境变化和人类安全（GECHS ）
工业转型（IT ）
海岸带陆海相互作用（LOICZ Ⅱ ）
3、世界气候研究计划（WCRP ）
由国际气象组织（WMO ）与国际科学联合会（ICSU ）联合主持。始于1970年代，1980年代开始执行。中国委员会成立于1985年。主要研究内容：地球系统中有关气候的物理过程，涉及整个气候系统。
核心计划：气候与冰冻圈（GLIC ）、气候变率与可预测性（CLIV AR ）、全球能量与水循环试验（GEWEX ）、平流层过程及其在气候中的作用（SPARC ）、全球变化的分析、研究与培训系统（START ）、世界大洋环流实验（WOCE ）
两个目标：1、气候的可预报程度 ；2、人类活动对气候的影响。
三个方向：1、为期数周的长期天气预报；2、全球大气年际变率；3、为期数年的热带海洋的年际变率、长期变化。
两大试验：热带海洋和全球大气试验和世界海洋环流试验
4、生物多样性计划（DIVERSITAS ）
由联合国教科文组织（UNESCO ）、国际生物科学联合会（IUBS ）和环境科学委员会（SCOPE ）
联合制定并于1991年开始实施，1992年成立中国委员会。该计划旨在研究地球上生物多样性！
该计划包括：1、生物多样性的生态系统功能；2、生物多样性的产生、减少及其维护；3、生物多样性的编目与监测。
5、全球可持续发展的ESSP 联合计划
（1）全球碳循环
方式和变率:目前全球碳循环主要汇集地和通量的地理和时间分布状况如何？
过程与相互作用：决定碳循环动力学的人为与自然的控制与反馈机理是什么？
碳管理：碳-气候-人类系统的未来变化是怎样的？对于该系统的管理存在怎样的干预点与机会？
（2）食物系统
食物安全与环境压力：
全球环境变化将如何影响不同地区的食物系统的脆弱性？
食物系统如何进行适应以应对全球环境变化和增强食物安全？
各种适应机制如何对环境与社会经济条件进行反馈？
（3）水资源
全球水系统的人为与环境变化的量级？
全球水系统的变化所导致的地球系统内的主要联系与反馈是什么？
全球水系统对于变化的恢复性与适应性如何？
（4）人类健康(Under Development)
项目目标:
确定环境变化对过去、现在及将来的人类健康所造成的危险。
研究减少这些危险的可能途径。
主要研究热点：
（1）研究过去！
为什么研究过去？重建过去情景，评估未来！怎样研究过去？冰芯；花粉；黄土.......
（2）研究大气！
大气化学与全球变化、温室气体、气溶胶。
气溶胶对气候的影响：
1、通过散射和吸收入射的太阳辐射对地球能量平衡产生影响。
2、对云和降水形成产生影响。
（3）研究陆地：陆地系统动力学、陆地系统变化的结果、陆地可持续性的综合分析与建模
人类与环境耦合的干扰之一：火灾
1、是土地覆盖的一个关键决定因素。
2、对温气和污染物排放有重要贡献。
3、影响生态系统服务，生物多样性等。
4、作为一种自然干扰，火灾受到人为干扰变化的巨大影响。
（4）研究海洋
研究海洋生物地球化学循环和生态系统对全球变化的敏感性。
认识全球环境变化对海洋生态系统的影响及海洋生态系统的响应。
（5）研究界面！
1、陆-气界面；iLEAPS 计划涵盖从分子水平的观测到全球尺度的模拟
巨大的热带反应器：因为热带具有高水平的紫外辐射和水汽含量，这里的羟基浓度也最高，而且甲烷、一氧化碳和其他微量气体的大多数氧化反应都发生在―巨大的热带反应器内‖，它是指热带对流层中具有高羟基浓度的地区。
2、海-陆界面；
海岸带（包括南极洲）仅占全球陆地面积的五分之一，但却容纳了全球近一半的人口。
海岸系统的脆弱性和对人类社会的危害。
全球变化对海岸生态系统和可持续发展的意义和影响。
人类对于河流流域-海岸带相互作用的影响。
海岸和陆架海的生物地球化学循环。
通过陆地-海洋相互作用管理增进海岸系统的可持续性。
3、海-气界面。
海-气间的生物地球化学相互作用和反馈。
海-气界面的交换过程与传输及转化在海-气边界层中的作用。
二氧化碳及其它长寿命辐射活性气体的海-气通量。
（6）研究人类因素！
从人文因素（人类影响）出发，来研究全球变化。
（7）研究气候系统！
有关气候的物理过程。
（8）研究生物多样性！
地球上各种生命形式的总称，包括所有的植物、动物和微生物种类，以及它们所拥有基因，它们与生存环境所组成的生态系统。物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性。
丰富的生物多样性维护着生态系统的稳定性；
生物多样性的丧失速率：目前是过去的1000倍，未来是现在的10倍。
（9）集成模拟：全球变化研究必须以整体的与综合的方式展开。
总体目标：对于从人类干扰对生物地球化学循环是如何改变物理气候系统的这一问题有一个深入的、量化的理解。
主要科学发现：
1、地球是一个可由生命自身控制的系统！
生物过程与物理和化学过程的相互作用——地球环境；
生物所扮演的角色要比先前认为的重要的多。
2、全球变化不仅仅是气候变化，它真实存在，它正在发生，并且越来越快！
人类活动的影响超过自然变率；
人口、氮固定、物种灭绝、CO2浓度的变化等。
3、人类活动驱动着多重相互作用的影响，这些影响以复杂的方式在地球系统中发生级联反应。
4、地球动力学以临界阈值和突变为特征。人类活动无意中触发的一些变化，能够给地球系统带来灾难性后果。
5、地球正在以一种前所未有的状态运行
地球系统最近已经超越了至少过去50万年自然变率的范围。
西蒙与埃尔里奇之争：赌注未来
乐观主义者：面对多数和流行观点；科学家的预测、传媒的夸大、政客的参与；―让事实和数据说话‖，―短缺是利润和创新的源泉‖
马尔萨斯主义者：面对太多的危机、石油能源的储量、土地的生产能力、酸雨的危害、沙漠化的发展、多样性的损失、气候变化、―失去远见就意味着灭亡‖；―告诉人们最坏的结果是为了一个更好的未来‖
IPCC 第一次评估报告的主要结论（1990）（1）地球上的气候依赖于大气的辐射平衡，而大气的辐射平衡又依赖于入射的太阳辐射以及大气中温室气体的辐射平衡。（2）地球气候受到几种辐射强迫的影响，包括温室气体浓度、太阳辐射、气溶胶和地表反照率。（3）气候系统由大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和岩石圈组成。（4）对大气环流模式所模拟的现在气候, 进行验 证表明大尺度较准确，区域尺度有明显误差。（5）当CO2倍增时，气候变化明显。
（6）从19世纪末起，确实存在着全球地表温度的真实但不规则的升高。（7）过去100年间，
全球海平面平均升高10-20cm 。（8）必须以过程研究、观测与模拟三者结合，才能有效预测气候系统的行为。2、IPCC 第二次评估报告的主要结论（1995）（1）由于人类活动的结果，大气中温室气体含量继续增加。（2）最近几年（1990年代初）是从1860年以来最暖的几年。
（3）气候模式模拟实际气候变化趋势和重要事件的能力有了改善。（4）对气溶胶的冷却作用有了更清楚的认识。（5）有明显的证据可以检测出人类活动对气候的影响。3、IPCC 第三次评估报告的主要结论。（1）日益增加的观测资料对变暖的世界和气候系统的其他变化给出了一个集合的图景。（2）人类活动造成的温室气体和气溶胶排放继续以预期将影响气候的方式改变着大气（3）模式预测未来气候能力的信心已经增强。（4）有新的和较强的证据表明，过去50年观测到的增暖的大部分可归因于人类活动。（5）在整个21世纪人类的影响将继续改变大气的组成。（6）在所有的SRES 情景下，全球平均气温和海平面预计都将升高。（7）因人类活动而引起的气候变化将持续许多世纪。（8）在资料获取和理解方面还存在许多差距，需要采取进一步行动。
中国减少CO2、CH4及N2O 排放的措施：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》1994年中国所排放的温室气体中：CO2、CH4和N2O 分别占有73.1%、19.7%、7.2%。其中： CO2、的排放主要来自能源活动；CH4和主要来自农业活动和能源活动；N2O 主要来自农业活动。1、针对CO2排放：CO2的排放：能源活动占总排放的90.95%。（1）调整能源结构；（2）提高能源利用率；（3）可再生能源的利用；（4）增加陆地生态系统的碳吸收。
2、针对CH4：中国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动（27.33%）和废弃物处置（22.52%）。（1）减少农业活动CH4排放：饲料秸秆的处理和营养成分的改善：秸秆的氨化、粉碎及颗粒化；多功能复合添砖的使用及过瘤蛋白的使用；减少稻田排放。（2）减少能源活动排放CH4的对策：采煤前先采出煤层气回收利用，不仅增加新的能源，而且减少CH4排放和瓦斯爆炸事故的发生，有效的改善煤矿安全。（3）减少废弃物处置排放CH4的对策：垃圾的分类处理和填埋，充分利用有机垃圾产生的CH4作为燃料或发电；改善填埋场设施，降低填埋场湿度以抑制CH4的产生；筛选环境适应性强的CH4氧化菌并接种于填埋场，促进CH4的氧化；将填埋构造由厌氧型改为半好氧型或渗滤液回灌的半好氧型。3、针对N2O ：中国N2O 排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生产过程分别占5.8%和
1.8%。促进区域间氮肥施用的均衡发展；提高氮肥利用率；长效氮肥和控施化肥的施用；生物抑制剂的施用。
联合国气候大会热点问题：（1）发达国家是否愿意承担它们的减排责任。（2）《京都议定书》成员国中发达国家所做出的脱离《京都议定书》、与美国一道达成新协议的明确决策。（3）资金问题。（4）气候友好型技术转让，这是另一个做出过承诺，但没有实现的承诺。（5）是否要为限制温度升高（1.5℃或2 ℃ ）或全球减排（例如与1990年相比减排50%）抑或二者共同设定2050年的目标。
联合国气候大会七大关键词，2009哥本哈根协议解读1、温室效应：地球大气层有着与温室玻璃类似保温效果。阳光照射地球时，部分能量被大气和地表吸收，地球表面向外释放热量，其中一部分也被大气吸收。大气层存留热量的能力使地球表面有着温暖的环境，这被称为温室效应。2、气候变化：它包含地球历史上发生的各种或冷或热的变化，但目前所讨论的气候变化主要是指自18世纪工业革命以来，人类大量排放二氧化碳等气体所造成的全球变暖现象。全球变暖问题是指大气成分发生变化导致温室效应加剧，使地球平均气温异常升高并由此引发的一系列环境、经济等问题。3. 《联合国气候变化框架公约》 1992年在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上，150多个国家和地区制定了《联合国气候变
化框架公约》（简称《公约》）。《公约》的最终目标是将大气中温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平上。《公约》为国际社会努力应对气候变化挑战制定了一个总体框架，目前已有191个国家和地区批准了《公约》。《公约》要求各签约国定期向联合国递交国家温室气体排放清单。4、―共同但有区别的责任‖原则：目前存在的全球变暖等环境问题主要是发达国家自工业革命以来不顾后果地利用环境和资源的累积恶果，广大发展中国家在很大程度上是受害者-发达国家必须承担历史责任，偿还过去的欠债。因此，国际环境保护合作必须遵循―共同但有区别的责任‖原则，发达国家有义务在率先采取有关环保措施的同时，为国际合作做出更多切实的贡献。这主要应表现在两个方面：向发展中国家额外提供资金，帮助发展中国家更好地参加国际环保合作，或补偿相关经济损失；以优惠的非商业性的条件向发展中国家提供治理污染所需的先进技术。5. 《京都议定书》：它是1997年在日本京都举行的《公约》第三次缔约方大会上通过的，是设定强制性温室气体减排目标的第一份国际协议。于2005年2月正式生效。根据这份协议，从2008年到2012年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。目前已有170多个国家批准了这份协议，但温室气体最大排放国美国仍然没有签署这份议定书。6碳足迹：指每个人的温室气体排放量，以二氧化碳为标准计算。一个人的碳足迹可以分为第一碳足迹和第二碳足迹。第一碳足迹是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳，第二碳足迹是因使用各种产品而间接排放的二氧化碳。7. 食品里程和公平里程：人们每天消费的食品要经过各种运输才能到达千家万户，而运输是主要的温室气体排放源之一，食品里程简单说就是食品所行路程。一些人希望通过给食品等添加食品里程说明，影响消费者的购买选择。但是，发展中国家担心食品里程成为发达国家的一种新贸易壁垒，于是出现了公平里程的概念。公平里程要求全面考虑与食品相关的生产方式、可再生能源使用等各种因素。
中国行动：减排目标：到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年有―显著下降‖。2020年单位GDP CO2排放比2005年降低40%-45%；非化石能源占一次能源消费15%；2020年森林面积比2005年增4000万公顷，到2050年开始减少碳排放。谈判立场：双轨制路线，坚持《公约》、《议定书》和巴厘路线。包括中国在内的发展中国家强烈要求，这次会议一定要确定发达国家到底要减排多少，相关目标既要符合《公约》和《议定书》的要求，还要符合UNFCCC 的建议。资金和技术：发达国家拿出国内生产总值（GDP ）的1%，为较贫困国家提供补贴以遏制CO2排放。
五认知：其他温室气体同样令人担忧、北极夏季海冰正急速缩减、全球变暖已经造成影响、―曲棍球棒‖曲线持续上升、怀疑论者仍然存在。五疑问：暖化的程度，以及什么时候达到危险水平？如何确定大气中温室气体的浓度上限？消失的碳到哪里去了？气候变暖是否会使风暴加剧？格陵兰岛消融的速度有多快？
低碳经济：是一种从生产、流通到消费和废物回收这一系列社会活动中实现低碳化发展的经济模式。低碳经济内涵：是指可持续发展理念指导下，通过理念创新、技术创新、制度创新、产业结构创新、经营创新、新能源开发利用等多种手段，提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用的比例、尽可能地减少对于煤炭石油等高碳能源的消耗，同时积极探索碳封存技术的研发和利用途径，从而实现减缓大气中CO ₂浓度增长的目标，最终达到经济社会发展与生态环境保护双赢局面的一种经济发展模式。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP 的问题。低碳经济核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。 低
碳经济Low-carbon economy的特征是以减少温室气体排放为目标, 构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系。包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。 低碳能源系统是指通过发展清洁能源, 包括风能、太阳能、核能、地热能和生物质能等替代煤、石油等化石能源以减少二氧化碳排放。低碳技术包括清洁煤技术(IGCC)和二氧化碳捕捉及储存技术(CCS)等等。低碳产业体系包括火电减排、新能源汽车、节能建筑、工业节能与减排、循环经济、资源回收、环保设备、节能材料等等。 实现方法：第一，将减排目标纳入―十二五‖规划。 第二，抓好试点，树立典型；第三，成立专门机构指导―低碳经济‖。 第四，制定出台相关政策，保证―低碳经济‖健康发展 第五，大力发展―低碳产业‖。 第六，处理好―一抓‖―三防‖关系。 第七. 认真做好宣传教育普及及舆论监督工作 第八，充分发挥人大、政协在低碳经济运行中的作用。
第九，将―低碳经济‖绩效纳入政府、公务员政绩考核核心内容。
第一章 概述
Abbreviations
UNFCCC-United Nations Framework Convention on Climate Change
ESSP –Earth System Science Partnership
GCP –Global Carbon Project
SCOPE-Scientific Committee on Problems of the Environment
GCTE-Global Change and Terrestrial Ecosystems Project
IGBP –International Geosphere–Biosphere Programme
IGCO –Integrated Global Carbon Observations
IPCC –Intergovernmental Panel on Climate Change
WCRP –World Climate Research Programme
IHDP –International Human Dimensions Program on Global Environmental Change
DIVERSITAS – An International Programme of Biodiversity Science
气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为10年或更长）的气候变动。气候变化的原因可能是自然的内部进程，或是外部强迫，或者是人为地持续对大气组成成分和土地利用的改变。
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）第一款中，将―气候变化‖定义为：―经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变。‖UNFCCC因此将因人类活动而改变大气组成的―气候变化‖与归因于自然原因的―气候变率‖区分开来。
气候变化：它包含地球历史上发生的各种或冷或热的变化，但目前所讨论的气候变化主要是指自18世纪工业革命以来，人类大量排放二氧化碳等气体所造成的全球变暖现象。全球变暖问题是指大气成分发生变化导致温室效应加剧，使地球平均气温异常升高并由此引发的一系列生态、环境、经济等问题。
课程主要内容：
了解全球碳氮循环、温室气体与全球变化的关系；
了解国际社会对遏止全球变化的努力；
重点理解人类活动对全球变化的影响以及政府间气候变化工作委员会（IPCC ）对全球变化若干问题的综合评估；
了解全球变化研究最新进展。
一般认为，地球系统系指由地球的大气圈、水圈、岩石圈、地核、地幔和生物圈（包括人类本身）组成的整体，它包括从地球的地核到外层大气的广阔范围。
三大相互作用的基本过程存在于地球系统中：物理、化学和生物过程。地球系统的演化及发生的重大事件均受这几个相互作用的过程的制约。
地球系统一词与地球系统科学相伴而生，最早非正式出现在1983年。1988年出版了专题报告《地球系统科学》一书，正式系统地阐述了地球系统和地球系统科学的观点。
时间尺度(temporal scale)是指一个过程或一种现象所持续的时间长度，通常用10n 年表示; 空间尺度(spatial scale)是指一个过程或一种现象发生的空间规模，按空间规模的大小可分为局地尺度、区域尺度和全球尺度等。不同时空尺度的过程之间存在着复杂的相互作用。
地球系统中的主要科学问题：
地球系统科学把描述和认识行星尺度的变化（全球变化）作为自己的主要任务，特别强调从本质上认识数十年至数百年的全球变化。它将地球系统分为物理气候系统和生物地球化学循环两个系统，以过程研究为重点，研究其间的相互作用。
1、物理气候系统
1、 物理气候系统包括控制地面温度和降水分布的大气和海洋过程，由于太阳加热不同而产生的运动以及冰雪覆盖的变化。
温度和降水过程，通过大气物理和动力学过程、海洋动力学过程、陆面湿度和能量平衡，以及平流层-中间层大气动力学过程控制着物理气候系统。
（1）气候对辐射重要的微量气体变化的敏感性如何？
（2）海洋环流对大气的作用是如何响应的？海洋环流变化是怎样影响地面温度分布的？
（3）海洋的热容量对大气温室气体诱发的全球变暖出现时间的滞后影响如何？
2、生物地球化学循环
生物地球化学循环是指诸如碳、氮、磷、硫等生源要素通过地球各子系统的物质流，及其对地球系统生物圈的影响。生物地球化学循环包括海洋生物地球化学、陆地生态系统、对流层化学以及平流层、中间层大气化学等过程。
重要性：生物圈是由生物地球化学循环支撑和维持的；生物地球化学循环将物理、化学和生物学过程结合在一起，构成了生物地球化学循环的主要科学问题。
（1）生物地球化学循环的现状如何？
（2）生物地球化学循环在人类扰动前的状态怎样？
（3）生物地球化学循环未来的状态和可能的后果是什么？
3、物理气候系统和生物地球化学循环的相互作用
物理气候系统通过平流层臭氧的变化，云的变化，改变温度、降水和海洋环流的变化直接或间接影响生物地球化学循环。
生物地球化学循环系统则通过CO2、NOx 、CFCs 等微量、痕量气体的―温室效应‖直接或间接影响物理气候系统。生物地球化学循环系统还可以改变植被种群结构、类型，影响地面粗燥度、地面反照率等，最终影响物理气候系统。
还应注意的一些关键过程的研究
（1）地球外部作用力的观测研究（太阳辐射度、紫外辐射通量、火山喷射指数等）；
（2）对流层和平流层痕量气体的观测（如CO 、CO2、NOx 、CFCs 、CH4、O3、H2O 、HNO3、HCl 、气溶胶等）；
（3）大气响应变量的观测研究；
（4）地面特征变量的观测；
（5）海洋变量的观测研究，特别是海洋叶绿素、CO2、海洋生物地球化学通量观测。
物理气候系统与生物地球化学循环间的联系示意图
地球生态系统正在逼近9大极限：海洋酸化、臭氧浓度、淡水消耗量、生物多样性、氮磷循环 、土地使用率、二氧化碳浓度、气溶胶浓度、化学污染。
第一章 大气中的温室气体
第一节 Co2
温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O ）、臭氧（O3）、氟里昂或氯氟、烃类化合物（CFCs ）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs ）、氢氟碳化物（HFCs ）、全氟碳化物（PFCs ）、六氟化硫（SF6）
在大气中贮存时间 ：CO2: 120年; CH4: 10年; N2O: 150年; CFCs: 几百年
《京都议定书》所规定的六种温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O ）、氢氟碳化物（HFCs ）、全氟碳化物（PFCs ）、六氟化硫（SF6）
大气CO2的变化趋势：
1、季节性变化：CO2的浓度随季节变化而有所变动，在5月份左右出现一峰值，从9-10月达到最低。造成这种变化的原因可能与海洋与陆地上植物的光合作用活跃的程度、生物体的分解、化石燃料的使用量的季节变化等有关。
2、年季变化：大气CO2的浓度由于化石燃料的大量使用及土地利用方式的改变等，每年都在增加。
全球大气CO2浓度的变化：年季变化、季节变化、北半球浓度较大、北半球增加的幅度较大。
CO2—人类的影响：化石燃料的燃烧（约占60%）、土地利用方式的改变（约占40%
，如毁林、土壤有机质的丢失）
源：任何向大气中释放产生温室气体、气溶胶或其前体的过程、活动和机制。
汇：从大气中清除温室气体、气溶胶或他们前体的任何过程、活动或机制。
大气CO2的源：1、一切生物体（自然排放源）；2、土地利用方式的改变（如毁林）；3、化石燃料的使用。
化石燃料：使用量一直在增加；现在每年约消耗6Gt ；欧洲、美国和中国等国占了世界总消耗量的大部分。
化石燃料和大气CO2浓度：大气CO2浓度的增加速率要比我们化石利用速率慢。
大气CO2的汇：
1、海洋（溶解CO2 > H2CO3>HCO3->CO32- ）、造林（北美：1850’s ~20%
北半球：0.5 Gtons C/yr），包括物理和生物过程
2、植被（森林）：大气CO2的主要生物汇，最终进入土壤。
库： 总量 (x1015 Pg C)
海洋 36,000
土壤 1,500
大气* 760
陆地生物 560
大气CO2的年流通量：
光合作用 – 100 Pg C
呼吸 – 100 Pg C
耗氧
厌氧 – 发酵
海洋溶解 – 1.6 Pg C
化石燃料使用– 5.0 Pg C
生物物质的燃烧– 1.8 Pg C
- today ~80%；
大气CO2的输入与输出平衡
输入：
呼吸 = 100 (x 1015 g C / yr)
化石燃料燃烧 = 5.0 (x 1015 g C / yr)
生物物质燃烧 = 1.8 (x 1015 g C / yr) 106.8
输出：
海洋吸收 = 1.6 (x 1015 g C / yr)
光合作用 = 100 (x 1015 g C / yr) - 101.6
每年增加： = 5.2
但是，实测增加 3.0
碳循环的自然过程：1、生物：自养和异养；2、非生物：化学反应。
人为影响：1、化石燃料的使用；2、土地利用。
CO2 施肥效应：随大气CO2浓度的增加，光合作用加速。但是还有各种其他因素控制着生物量。
固碳：增加除大气之外的碳库的碳含量的过程。生物固碳过程包括通过土地利用变化、造林、再造林以及加强农业土壤碳吸收的实践来去除大气中的CO2。物理固碳过程包括分离和去除烟气中的CO2或加工化石燃料产生氢气，或将CO2长期储存在开采过的油气井、煤层和地下含水层。
生物固碳方法
1、海洋生物固定：如南部大洋中藻类的生长受Fe 元素含量的限制，如果适当的增加海水Fe 元素含量，则可刺激藻类生长，从而可以吸收更多的大气CO2。 通过此法可以减少大气CO2浓度的10%。
2、施肥效应：高浓度的CO2可以刺激植物的生长-可以通过种植更多的树来解决温室气体问题。问题是：提供足够的水和养分？
大气CO2浓度增加所导致的一些后果：
1、植物光合能力随CO2浓度的增加而提高，其程度因植物不同的光合途径而异。
2、对森林生态系统碳储量的影响：一般来说，植物物质生产随CO2浓度的升高而增加。
3、对草地碳循环的可能影响：草地初级生产力、凋落物的分解和土壤微生物的代谢活动。
4、对农田生态系统碳循环的影响：大气CO2浓度升高对土壤有机碳平衡的影响则是最近才受到关注的问题，研究积累相对较少。
第二节 CH4
分子量：16 最简单的饱和烃；首次发现：1948年；化学活性：参与许多重要的大气化学过程
变化规律：
1、季节变化：CH4的浓度随季节变化而有所变动。以北京市为例，在夏天浓度增加值较大的原因是大气甲烷生物源强度随温度升高变大造成的。冬季出现浓度增加的原因就是冬季燃烧取暖造成的。而春秋两季甲烷浓度的降低是由于生物源排放强度随温度降低而变小造成的。
2、年季变化：北京市99年以后CH4的排放变幅增大，这主要是由于非生物源（主要是冬季燃煤取暖）改变造成的。
大气CH4源：厌氧环境生物过程的CH4产生主要涉及两个过程：1、在厌氧条件下CO2被H2还原2、CH3COOH 或CH3OH 的转化。这两种过程都需要产CH4微生物的参与。
一般说来生态系统中CH4产生可有两种途径：
1、复杂有机物在细菌作用下产生某种简单有机酸，这种有机酸直接被产CH4细菌利用产生CH4，或有机酸进一步降解生成CO2和H2，CO2和H2在产CH4菌作用下生成CH4；
2、复杂有机物在细菌作用下不经过产酸过程而直接产生CO2和H2
生态系统中CH4的产生所具备的三个条件：1、存在有机物和水分；2、存在一个厌氧环境；
3、温度适于发酵菌和产CH4细菌的生存和繁殖
大气CH4源：
1、动物：动物（主要是食草反刍动物）的消化过程中存在产CH4条件。在反刍动物的瘤胃中存在有机物和水，存在厌氧环境以及一系列分解有机物的微生物和产CH4菌。不产酸途径。
2、稻田：在稻田灌水期间由于有一水层将土壤与大气隔离，土壤中O2、Fe3+、NO3-和SO42-很快被依次消耗，从而形成了一个还原性厌氧环境，产CH4菌和其他一些厌氧细菌，便在土壤中繁殖、分解土壤中的有机物产生CH4。
3、天然湿地：天然湿地指沼泽地、浅水湖沼和苔原等。天然湿地中CH4产生、排放的过程与稻田类似。
4、动物粪便和其他农业废弃物的处理：动物粪便和其他农业废弃物（被当作有机肥料的秸秆等）含有丰富的有机物，如果它们在厌氧环境里发酵分解就会产生CH4。
5、城市固体废弃物和污水处理：随着世界范围城市化的发展，以及城市固体废弃物集中堆放方式的发展倾向，城市固体废弃物及污水处理已经成为全球大气CH4的重要来源。
6、生物体燃烧：在热带和亚热带的森林和草原区，因各种原因而大量燃烧生物体；另外，在世界各地都有将农业副产物（主要是农作物秸秆）烧掉用作肥料的现象。
7、煤矿和石油、天然气开采过程中的泄漏：煤矿和石油、天然气开采过程中的泄漏是大气CH4的主要非生物源。
大气CH4汇：大气CH4的汇主要是在对流层大气中的氧化反应和干燥土壤的吸收以及少量的向平流层输送。
1、对流层中CH4的氧化反应（共四步）；
2、干燥土壤对大气CH4的吸收。
由于土壤吸收大气CH4的速率很低，实验测量困难很大，至今很少实测数据。根据北美荒漠地区的少数测量资料估计，全球干燥土壤每年吸收大气中的CH4约3×1011 kg （IPCC ，WGI ，1990）。
3、对流层大气和平流层大气间的交换
对流层大气和平流层大气之间的交换很缓慢，所以只有少量CH4越过对流层进入平流层。对于大气CH4的汇来说，这一过程并不重要，但这一过程的重要性在于进入平流层的CH4能与平流层自由基（例如氯原子）反应影响平流层O3的光化学过程。
大气CH4的总汇为45×1010kg a-1，总源强为50×1010kg a-1，相差5×1010kg a-1。
第三节 N2O
溶解：常温化学性质稳定，易溶于乙醇、油和醚中；存在时间：120年（IPCC1995）；浓度：310ppbv
季节性变化和年季变化：在城市中，交通工具造成的氧化亚氮排放的N2O 是主要源，而在供暖季，虽然土壤中微生物活动受到抑制，但冬季取暖排放成为阻止大气N2O 浓度下降的因素。因此，土壤、冬季取暖排放虽然都具有季节变化特征，但由于相互叠加、抵消，大气N2O 浓度变化在总体上没有非常明显的季节变化和年季变化特征。
温室气体的源是指温室气体成分从地球表面进入大气，或者在大气中由其它物质经化学过程转化为某种气体成分。
温室气体的汇则是指一种温室气体移出大气到达地面或逃逸到外部空间，或者是在大气中经化学过程不可逆转地转化为其它物质成分。大气温室气体的源有自然源和人为源之分。人为活动引起的人为源增加，被认为是目前大气温室气体浓度逐渐上升的主要因素。
大气N2O 源：土壤中氮的硝化和反硝化过程；水体（海洋和淡水）排放；化石燃料和生物质燃烧，车辆排放；尼龙、己二酸和硝酸生产。
一、土壤
1、土壤：土壤是N2O 的主要源。土壤主要是通过微生物的硝化和反硝化作用而释放N2O 。
土壤中的硝化过程： 硝化过程是在通气条件下，土壤中硝化微生物将铵盐转化为硝酸盐的过程。其中释放部分N2O 。土壤中的硝化过程一般分两步进行，首先铵氧化成NO2-，然后NO2-再氧化成NO3-，期间生成N2O 。
2、反硝化过程：反硝化过程是在通气不良条件下，由土壤微生物将硝酸盐或硝态氮还原成氮气（N2）或氧化氮（N2O ，NO ）的过程。
3、非生物转化过程：N2O 形成的化学转化过程通常与N2O 形成的生物学过程相伴。例如在硝化过程中，NO2-的进一步氧化有时会因高NH3分压和高pH 等因素而受到抑制，从而导致NO2-积累，较高浓度的NO2-与有机质发生化学反应，从而反应生成N2和各种氮氧化物。
通气状况十分良好或过分通气不良均不利于硝化或反硝化过程中N2O 的生成, 从而使得N2O 排放量降低。当土壤供氧十分充分时, 有利于形成硝化作用的最终产物NO3-，而严格厌氧造成的强还原环境会促进形成反硝化的最终产物N2，二者均不利于形成中间产物N2O 。同时，硝化、反硝化过程中相关微生物的数量及其酶活性的变化对N2O 的排放量也将产生较大的影响。
影响土壤N2O 排放的主要因素：
1、氮肥施用的影响：氮肥的施用与否、氮肥的不同种类（有机肥与化学氮肥）及其不同肥料类型（铵态氮肥与硝态氮肥等）、施肥量等对N2O 的产生有着十分重要的影响。
2、土壤含水量的影响：土壤含水量主要通过影响土壤通气状况、土壤的氧化还原状况、土壤中微生物的活性以及土壤中N2O 向大气的扩散来影响N2O 的产生与排放。
3、土壤温度的影响：N2O 排放是温度、氧气和反应底物浓度以及传输过程交互作用的结果。土壤温度对N2O 产生的生物学过程有着十分重要的影响。 都抑制硝化作用发生；反硝化微生物所要求的适宜温度为30-67 ℃。
4、pH 值的影响：土壤pH 值作为一个重要的土壤化学参数对N2O 生成的相关化学反应起着一定的促进或抑制作用。反硝化速率的最佳pH 范围为7.0-8.0。如在酸性条件下，由于酸性条件对N2O 还原的抑制比对NO3-的抑制更强，所以反应产物中N2O/N2的比例较大，随着pH 值的升高，N2O 向N2的还原加速，反应产物中N2O/N2的比例逐渐下降。
5、土壤有机质含量的影响：土壤中的氮主要来自于有机质的矿化和施入的氮肥，土壤有机质的矿化产物不仅为反硝化过程提供了反应底物，而且有机质本身还为参与这一过程的微生物提供了能源。此外，有机质本身还是一种呼吸基质，可引起氧胁迫。
6、土壤孔隙度的影响：土壤孔隙度不仅影响土壤中氧气的供给状况，而且还对N2O 的排放过程产生极为重要的影响。植物根系对反硝化作用的影响限于孔隙度低的条件下，当孔隙度低于10%-12%时，根系中氧气的耗竭将会使反硝化作用增强。
7、植物本身的影响：植物与土壤的相互作用极大的影响着土壤-植物系统中N2O 的释放。一方面植物根系及根系分泌物一定程度上改变了土壤的物理化学性质，促进了土壤中的微生物过程和N2O 的产生。另一方面，植物的存在还会对土壤N2O 的排放传输过程产生影响，植物可以某种方式将土壤中产生的N2O 传输到大气中，这一作用在水稻-土壤系统中尢为明显，在其它植物-土壤系统中也可能有类似的作用。
8、光照的作用：陈冠雄等对大豆植株进行了光照影响的田间试验和室内模拟试验研究，发现N2O 通量在较弱的光照条件下较高，在完全黑暗和较强的光照条件下较低，甚至吸收大气中的N2O 。
9、土壤耕作利用的影响：对比农业土壤和未开发土壤、常耕与免耕土壤N2O 的排放量，结果表明，农业土壤比未开发利用土壤产生和排放更多的N2O ，这是因为农业土壤肥沃，土壤氮的有效性高。而农业土壤中，免耕土壤又由于含有较多的水分和较小的总孔隙度，而比常耕土壤能产生和排放更多的N2O 。
二、海洋及淡水系统：
海洋是N2O 的重要源，但不是主要源。最近实验结果表明，海洋释放N2O 的量较小。IPCC 最新的估计是，每年海洋排放N2O1.4~2.6Tg。NH4+首先在O2作用下被氧化成NH2OH ，然后NH2OH 通过下列反应被进一步氧化成NO2-或N2O 。产生和消耗N2O 的生物过程主要取决于水体中的含氧量。淡水系统也可以排放N2O ，并且主要来自于反硝化作用。有报
道指出淡水系统排放的N2O 通量为0.05-5.0Kg N2O-N hm-2 a-1。
三、氮肥
氮肥释放N2O 大小与土壤类型、施肥种类和方式、农业耕作形式和天气状况等许多因素相关。氮肥施撒在田地上一部分直接以N2O 形式排进大气，另一部分进入地下水后挥发再释放到大气中。
四、生物质燃烧和化石燃料燃烧
生物质燃烧包括作物秸秆、草地燃烧等。估计全球生物质燃料产生的N2O 每年为0.5Tg N。最主要的人为生物物质燃烧是热带草场和热带森林的燃烧。化石燃料主要包括天然气、石油和煤等，IPCC 最新估计，全球燃料源N2O 排放可能是0.1-0.3Tg N/a。
五、工业源
一些工业生产过程如硝酸、尼龙生产过程、合成氨和尿素均可排放N2O 。估计生产4.2×104吨尼龙可能产生20Gg N2O-N，合成氨、硝酸和尿素的生产N2O 的排放量分别为21，3.2和
4.8Gg N2O-N。 废水处理过程也会释放N2O 。一级处理中通过反硝化作用产生的N2O 在二级好氧曝气过程中释放出来。
六、植物
过去一直认为生物源的N2O 主要来自土壤微生物的硝化和反硝化过程，但近年来首次发现植物（如大豆、玉米、水稻、赤杨等）能释放N2O ，并指出植物释放N2O 的速率不仅与植物的种类、部位、植物所处的生理阶段有关，而且与其自身的NO3-含量及所处的环境中的氧浓度等因素有关。
大气N2O 汇：1、平流层光化学氧化；2、土壤吸收；3、海洋吸收。
1、平流层中N2O 的光化学氧化反应：N2O 在对流层大气中非常稳定，通过迁移扩散进入平流层，在平流层大气中N2O 的光化学离解和与O （1D ）间的反应是全球大气N2O 的最主要的消除过程（汇）。
2、土壤吸收和水体吸收：对流层中N2O 的汇主要是土壤和水体，但其去除机制和大小还不确定。海洋即是N2O 的源，又可以是N2O 的汇：在水中氧浓度较低的情况下，水体成为溶解大气中N2O 的汇，因为在此时微生物的呼吸作用消耗了N2O 。许多陆地生态系统也是N2O 的汇：在厌氧条件下，土壤吸收N2O 的能力要大于其释放N2O 的能力。
N2O 的环境危害：
1、臭氧层破坏：N2O 的氧化是产生平流层NO 的主要源，平流层中NO 参与催化与臭氧作用的链反应，破坏了臭氧层。
2、温室效应：一般地，对流层中N2O 对红外长波的辐射强迫与大气N2O 浓度的平方根成正比。
辐射强迫：由于气候系统内部变化或如二氧化碳浓度或太阳辐射的变化等外部强迫引起的对流层顶垂直方向上的净辐射变化（用每平方米瓦表示：W m-2）。
3、酸雨及其危害：在平流层底部，N2O 分解产生的NOx 经化学反应后开成HNO3。硝酸在进入对流层后产生两种效应：（1）通过云水清除形成酸性降水，（2）作为温室气体加剧温室效应。
4、N2O 的其他危害：N2O 对动、植物和人类的直接危害目前暂不甚清楚。但N2O 作为麻醉剂使用已经有很长时间。有人提出在医院里从事麻醉作业的人身体上出现的异常现象可能与N2O 有直接和间接的关系，因此，N2O 今后很可能成为医院的污染来源之一。
中国减少CO2、CH4及N2O 排放的措施：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》
1994年中国所排放的温室气体中：CO2、CH4和N2O 分别占有73.1%、19.7%、7.2%。其中： CO2、的排放主要来自能源活动；CH4和主要来自农业活动和能源活动；N2O 主要来自农业活动。
1、针对CO2排放：CO2的排放：能源活动占总排放的90.95%。（1）调整能源结构；（2）提高能源利用率；（3）可再生能源的利用；（4）增加陆地生态系统的碳吸收。
2、针对CH4：中国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动（27.33%）和废弃物处置（22.52%）。
（1）减少农业活动CH4排放：饲料秸秆的处理和营养成分的改善：秸秆的氨化、粉碎及颗粒化；多功能复合添砖的使用及过瘤蛋白的使用；减少稻田排放。
（2）减少能源活动排放CH4的对策：采煤前先采出煤层气回收利用，不仅增加新的能源，而且减少CH4排放和瓦斯爆炸事故的发生，有效的改善煤矿安全。
（3）减少废弃物处置排放CH4的对策：垃圾的分类处理和填埋，充分利用有机垃圾产生的CH4作为燃料或发电；改善填埋场设施，降低填埋场湿度以抑制CH4的产生；筛选环境适应性强的CH4氧化菌并接种于填埋场，促进CH4的氧化；将填埋构造由厌氧型改为半好氧型或渗滤液回灌的半好氧型。
3、针对N2O ：中国N2O 排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生产过程分别占5.8%和1.8%。促进区域间氮肥施用的均衡发展；提高氮肥利用率；长效氮肥和控施化肥的施用；生物抑制剂的施用。
Factors influencing agricultural N2O emissions
气候要素(如：太阳辐射、温度、降水等) 直接影响土壤环境，而土壤环境驱动着N2O 的产生和排放。如温度和降水的季节性变化改变了土壤的水热条件，进而影响硝化和反硝化作用，最终导致土壤N2O 排放的季节性变化。
农田N2O 排放的日变化和季节变化可部分地通过气温的变化来解释。在旱地土壤条件下，温度是影响N2O 排放季节变化的关键因子，而在水田阶段则不然。
在适宜的土壤水分条件下和一定温度范围内，N2O 排放随土壤温度的上升而增加（邹建文等，2003）。Dorland 和Beauchamp(1991)的研究发现，在-2～25℃范围内反硝化量的平方根与温度呈直线关系。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Soil Texture
土壤质地是土壤通透性、土壤空气组分、水分有效性和微生物活性的一个重要控制因素，因而影响硝化和反硝化作用的相对强弱及N2O 在土壤中的扩散速率。
土壤质地还影响土壤有机碳的分解速率（黄耀等，2002），进而影响产N2O 微生物的基质供应。
表土砂粒和粘粒含量常分别用作指示土壤适于好气生物和嫌气微生物的参数，Granli 和 Bøckman （1994）认为土壤质地可作为适合硝化和反硝化作用的指示参数。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Soil O2 Status
土壤通气状况由水分含量、O2在土壤中扩散的难易程度以及微生物和根系对O2消耗的多寡所决定。对反硝化过程而言，其速率与O2量成负相关。
Ryden 等(见陈文新，1989) 指出明显的反硝化作用发生在氧化还原电位（Eh ）为300-650 mv之间，Eh 在0 mv以下则不对N2O/N2比发生影响。但对于硝化过程而言，现只知道有氧时其最终产物是NO3-，但绝对厌氧条件下能否硝化完全尚存争议。
衣纯真等(1994)发现在温度、湿度相同的条件下，通气状况强烈影响土壤反硝化作用的进行，嫌气条件下反硝化作用强于好气状况。
Factors influencing agricultural N2O emissions-Land Use and Farming type
在农业土壤上，不同的轮作制度也对N2O 的排放有明显影响：单季-休闲、水-旱轮作、旱旱连作、三熟制等。
不同作物类型：如固氮作物、C3和C4作物、旱作与水田作物等。
作物在农业生态系统N2O 排放中具有重要作用，作物与土壤相互作用极大地影响N2O 的排放.
一方面，作物根系及根系分泌物影响产生N2O 的微生物过程，特别是根系对离子的吸收和分泌有机酸，使根际土壤pH 值改变，从而影响硝化和反硝化过程；
另一方面作物可以通过某种方式将土壤中产生的N2O 传输到大气中或通过作物组织的生理反应排放N2O （于克伟等，1995）。
尤其在固氮作物将大气中的氮转化为生物有机氮的过程中，作物会向大气中排放部分N2O 。
N input
引起农田土壤N2O 排放的氮源主要来自有机氮矿化、化学氮肥、有机肥料和生物固氮等，其中化学氮肥是我国农业生态系统中氮素的主要补充源。
IPCC(1997)将化学氮肥施用引起的农田N2O 排放分为直接排放和间接排放两大类：直接排放是由于非挥发性氮肥施用转化成N2O 排放；间接排放是挥发性氮肥（NH3-N 和NOX-N ）施用后挥发到大气中的NH3和NOX 通过沉降作用又回到土壤中，转化成N2O 排放到大气中的过程。
Nitrous Oxide Emission Model：
Eichner （1990）提出―化学N 肥的N2O 直接排放系数‖概念 (FIE－Fertilizer-induced emission factor 或简称为排放系数，EF-Emission factor) ，即在同等面积下施肥农田的N2O 排放总量减去对照农田（不施肥农田）的排放总量，并将这一差值计算为施N 量的百分比，其意义为释放的N2O-N 占输入农田的肥料氮N 的比例，用公式表示为：EF ＝（施肥农田N2O-N －不施肥农田N2O-N ）/肥料N×100％。
Bouwman (1996)在Eichner 工作基础上，对1978 到1992 年间43 篇论文中的174 组农田N2O 排放数据进行了分析，指出长时间序列的N2O 排放观测有助于提高估计精度，因此他将观测期>=一年的数据分离出来，并以此建立了N2O 排放量与施肥量的回归式：
E ＝1+0.0125（±0.01）×F （n=20）
其中E 是单位面积N2O 年排放量（kg N2O-N hm-2 yr-1），F 为施N 量（kg N hm-2 yr-1 ）。数值1代表背景排放，即不施N 肥条件下N2O-N 排放量（ kg N2O-N hm-2 yr-1 ）。0.0125为N2O-N 排放系数，其意义是以N2O-N 形式损失的N 占肥料N 的1.25％。该排放系数并不是一个定值，它的变化范围是0.25～2.25％。
基于Bouwman （1996）的工作，IPCC （1997）和IPCC （2000）的指南中将1.25%作为外源输入N （包括化肥N 、动物粪肥N 、固氮作物固定N 和作物残体N ）的N2O-N 直接排放系数的缺省值。利用该值和FAO 数据库以及各国的统计资料可以估算区域和全球的N2O 排放。
Bouwman 等（2002a; b）通过文献调研，汇总了全球846组农田N2O 排放数据，在此基础上，利用REML （Residual Maximum Likelihood）技术建立了N2O 排放与氮肥施用、环境因子、管理因素以及观测技术等因素相关联的数学表达式：
其中E 为N2O 排放量（kg N2O-N hm-2），const 为常量，取值为-0.4136，Factor class 为各个因子对N2O 排放的贡献，所包括的因子主要有，氮肥施用量与肥料类型综合效应、作物类型、土壤质地、土壤有机碳含量、土壤排水状况、土壤pH 、气候类型、观测时间和观测频率等。
利用该模型，Bouwman 等（2002b ）估计全球范围内农田每年所释放的N2O-N 量为2.8 Tg，约占施氮量的1％，这一结果已被IPCC （2006）所采用，用作N 肥直接排放系数的缺省值。
Skiba 等（1998）汇总了1991到1996年在苏格兰22个观测点的数据，用统计回归的方法建立了N2O 排放与氮肥施用量、土壤温度和土壤含水量的关系式。Sozanska 等（2002）在Skiba 的工作基础上，利用因子分析和多元回归技术进一步建立了N2O 排放的经验模型，在此模型中，N2O 排放被表示成与氮肥投入量、土壤含水孔隙率（WFPS ）、土壤温度和土地利用类型等参数有关的量。
Freibauer 和Kaltschmitt （2003）在综合了欧洲区域内N2O 田间观测数据的基础上，将该地区按照土地利用方式及气候地理位置分成了3种类型，并针对每种类型分别建立了经验回归模型，这些模型在考虑了N 肥施用的基础上，又引入了土壤N 含量、土壤有机碳和土壤砂粒含量等因子。
Roelandt 等（2005）针对温带地区建立了两个经验模型，MCROPS 和MGRASS ，分别对应耕地和草地N2O 排放，模型建立的基础同样是通过文献调研，获得N2O 观测数据和相应的影响因子资料，并以此为基础通过主成分分析和多元回归的技术建立统计模型。
这些模型的建立大都得益于Firestone 和Davidson (1989) 的描述N2O 产生过程的HIP 概念模型（Hole in the Pipe）。该模型加深了人们对土壤N2O 产生与排放过程的理解。
目前，国际上用于N2O 排放估计的模型主要有：NGAS 模型 (Parton等，1996) 、CASA (Potter 等，1996；1997) 、NASA-CASA (Potter 等，2001) 、CENTURY (Liu等，2000；Reiners 等，2002) ，DAYCENT (Parton等，2001；Del Grosso等，2002) 、ECOSYS (Grant和Pattey, 1999; 2003) 、DNDC 模型（Li 等，1992）和PnET-N-DNDC 模型 (Li等，2000；Stang 等，2000) 。
在早期的CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach) 模型（Potter 等，1993）中，N 微量气体（包括N2O 、NO 和N2）子模块即以HIP 概念模型为基础，将土壤N 的总潜在N2O 、NO 和N2气态损失看作土壤N 矿化的一定比例（2%），并不具体区分硝化过程和反硝化过程，NO:N2O:N2的比例由土壤湿度（WFPS ）决定 (Potter 等，1993) 。
此模型相对来说较为简单，在操作上具有一定优势，仅需要简单的气候、土壤以及卫星影像植被指数（NDVI ）等参数即可进行大尺度模拟N2O 、NO 和N2排放量。
在Parton 等（1996）所建立的CENTURY 模型中，将N2O 产生分成了两部分，即硝化子模块和反硝化子模块。其中，硝化速率由分解速率确定，硝化引起的N2O 排放视为硝化速率的一定比例，反硝化过程中所产生的气体排放（N2O 和N2）被认为是土壤NO3-含量、土壤呼吸和土壤湿度的函数，N2O/N2比则由一个基于5天的培养实验发展的经验方程决定 (Weier 等，1993) 。
在CENTURY 模型的基础上，Parton 等（2001）进一步建立了DayCent 模型，它是CENTURY 模型的以日为步长的版本。总的来说，DayCent 的机理比较清晰，输入资料易于获得，因而其发展以来也得到了大量的应用.
DayCent 能比较可靠地模拟不同的自然和人为管理生态系统中植被的产量、土壤有机质水平和微量气体的排放。目前，DayCent 模型是美国政府在编制国家温室气体排放清单时，用于计算农业土壤排放的主要方法。
以上这些模型的共同点是都将N2O 排放看作是土壤中矿化、硝化或者反硝化过程中的部分产物，忽视了相关的生物化学动力学过程。Li 等于1992年建立了土壤反硝化–分解模型 (DNDC–Denitrification-Decomposition model) ，该模型是一个用于预测土壤分解和反硝化速率的土壤生物地球化学模型，通过输入模拟地点的日气象数据、土壤性质、植被特征及管理措施，得到的输出包括植物生长情况、土壤水分和碳氮动态、N2O 、CO2及其他多种微量气体的排放(Li, 2000; 李长生, 2001; 李长生, 2004)。
DNDC 模型是当前国内外用于估算N2O 排放的过程模型的典型代表，同时也是反映农业生态系统土壤碳、氮生物地球化学循环过程的一般性数值模型.
第l 部分包含土壤气候、植物生长和有机质分解等3 个子模型，其作用是根据输入的气象、土壤、植被、土地利用和农田耕作管理数据预测植物土壤系统中诸环境因子的动态变化；
第2 部分包含硝化、反硝化和发酵等3 个子模型，这部分的作用是由土壤环境因子来预测上述3 类微生物参与的化学反应的速率。
DNDC 包含了在陆地生态系统中起主导作用的物理、化学及生物过程，虽然每一具体的反应方程式都是简单的，但数百个方程式交互反馈，使整个模型得以再现生态系统中种种非线性过程。
该模型建立以来，已在全球被广泛应用和验证。在此基础上Li 等于2000年将DNDC 模型、土壤硝化模型和光合蒸腾模型 (PnET–Photosynthesis-Evapotranspiration) 耦合, 发展成了PnET-N-DNDC 模型 (Li 等，2000；Stang 等，2000) 。
第三章 国际社会对遏制全球变化的努力
第一节 联合国组织对碳减排所做的努力
《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）
《京都议定书》（Kyoto Protocol)
―波恩协议‖
―马拉喀什协定‖(Marrakesh Accords)
《气候变化与可持续发展德里部长级宣言》
一、《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC ）
UNFCCC 是第一个具有法律约束力的国际环境公约。其最终目标是要为了防止人类对气候系统的有害干预，将大气中温室气体的浓度稳定在一个水平上，使生态系统自然地适应气候变化，保证粮食生产不受威胁，以及在可持续方式下取得经济发展。
1989年11月，《关于防止大气污染与气候变化的诺德韦克宣言》，提出防止全球气候变暖的问题—推动
1990年12月21日，联合国决定设立气候变化框架公约政府间谈判委员会，正式启动了《联合国气候变化框架公约》的谈判进程。—启动
《联合国气候变化框架公约》的通过及生效：
1991年2月-1992年5月谈判委员会共举行了六次会议。—谈判
1992年5月9日在纽约通过了《联合国气候变化框架公约》—通过
1992年6月11日，李鹏总理在里约环发大会代表中国签署了《公约》—中国
1994年3月21日《公约》正式生效，至2002年12月，共有186个国家和欧盟成员成为《公约》缔约方。—生效
〈公约〉明确规定：发达国家和发展中国家之间负有共同但有区别的责任—责任
《公约》明确规定发达国家和发展中国家之间负有共同但有区别的责任，即各缔约方均有义务采取行动对付气候变化；但发达国家对气候变化负有历史和现实的责任，理应承担更多义务；而发展中国家的首要任务是发展经济，消除贫困！
《联合国气候变化框架公约》的基本规定：
《公约》的目标：将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干扰的水平上。生态系统的适应、粮食生产免受威胁、经济可持续发展。
《公约》确立的五原则：
第一是公平原则（共同但有区别的责任原则）；
第二是充分考虑发展中国家的具体需要和特殊情况原则；
第三是预防原则；
第四是促进可持续发展原则；
第五是开放经济体系原则。
各缔约方的义务：《公约》第四条为所有缔约方规定了普遍性义务。同时也为附件一缔约方（即发达国家、经济转轨国家和欧盟）和非附件一缔约方（绝大多数是发展中国家）分别规定了不同的义务。
所有缔约方均承担的义务是：
提供所有温室气体排放源和吸收汇的国家清单；
制定、执行、公布国家计划；
促进减少或防止温室气体人为排放的技术的开发应用；
增强温室气体的吸收汇；
制定适应气候变化影响的计划；
促进有关气候变化和应对气候变化的信息交流；
促进与气候变化有关的教育、培训和提高公众意识等。
附件一国家承担的义务：
1、带头遵循公约目标，改变温室气体人为排放趋势；
2、制定国家政策和采取相应的措施，减缓气候变化；
3、帮助发展中国家缔约方支付适应由于气候变化而产生的不利影响的费用，转让无害环境技术等。
非附件一国家承担的义务：
发展中国家能在多大程度上有效履行其〈公约〉的义务，将取决于发达国家的行动！
《联合国气候变化框架公约》下的机构：最高机构：COP ——缔约方会议（Conference of the Parties) ——附属科技咨询机构（SBSTA ）和附属履行机构（SBI ）。
《联合国气候变化框架公约》谈判中各利益集团的立场：
欧盟（经济、环境、政治）：力图主导国际气候变化谈判的走向。拥有先进的环保技术和较充足的资金，极力要求立即采取较激进的减、限排温室气体措施。
―伞型集团‖（美、日、加、澳、新、俄等）：政治。多为能源消耗或减排压力较大的国家。由于担心减排行动对本国的经济造成过大负担，它们反对立即采取减、限排措施。但在迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务方面，欧盟与其立场一致！
―七十七国集团加中国‖（发展中国家）：认为发达国家应对全球气候变化承担历史和现实责任，应率先采取减排行动；反对目前情况下由发展中国家承担减、限排温室气体义务，担心因此阻碍其自身的经济发展。集团庞大，分歧较大。
未来气候变化谈判的走向：三大集团及各国之间的斗争！事关各国能源利用和经济发展全局等根本利益！气候变化谈判成为高度尖锐复杂的国际谈判！
二、《京都议定书》（ Kyoto Protocol)
《京都议定书》谈判的启动：―柏林授权‖。《公约》仅规定发达国家应在20世纪末将其温室气体排放恢复到其1990年的水平。1995年柏林举行的第一次缔约方会议，通过―柏林授权‖：为发达国家规定2000年后温室气体减排时间表，同时决定不为发展中国家引入除《公约》以外的任何新义务。
《京都议定书》的制定和通过：
1997年12月1日至11日，第三次缔约方会议（又称京都会议）在日本京都举行。会议终于以协商一致完成谈判，制定了《京都议定书》（简称《京都议定书》
《京都议定书》是第一个为发达国家规定了量化减排指标的国际法津文件。没有为发展中国家规定任何减排或限排义务，符合―柏林授权‖的精神和规定。
《京都议定书》的基本规定：
（1）定量减排指标：《京都议定书》规定：附件1国家将以1990年排放的温室气体为基数，
在2008年到2012年间，实现平均减排5.2%，其中欧盟为8%，美国为7%，日本和加拿大为6%。
（2）三个灵活机制：
1、联合履约机制（JI ）：―发达国家应当与其他国家共同（或者帮助其他国家）采取有关政策与措施，实现《京都议定书》规定的目标‖。JI 是指某些国家（主要是发达国家）为完成其在《联合国气候变化框架公约》中承诺的―温室气体减排义务‖，而在境外（主要是发展中国家）实施的资金和技术援助项目。
2、清洁发展机制（CDM ）：是协助未列入附件1的缔约方（主要指发展中国家）实现可持续发展和为完成《公约》的最终目标做贡献，并协助附件1中的缔约方遵守第三条规定的排放量限制和减少排放的承诺。此机制是针对发展中国家也要对保护全球环境做贡献而诞生的。核心是允许发达国家与发展中国家进行以项目为基础的减排抵消额的转让与获得。可在《京都议定书》生效之日起2008年（承诺期开始年）期间实施。
3、国际排放贸易机制（IET ）：为了实现一定的温室气体限排或减排目标，规定有关国家的排放权或限额，并在尽可能广泛的范围内建立温室气体的排放权贸易市场，以通过市场机制求得温室气体减排的最小成本。
简单的讲，国际温室气体排放贸易制度可称为―买卖温室气体排放权‖的制度，它是把温室气体排放权转换成为一种商品并将其纳入价格机制的一种市场经济手段。目前它只限于在工业化国家之间进行。
《京都议定书》三机制的目的：在于使发达国家可以通过这些机制在本国以外取得减排的低消额，从而以较低成本实现减排目标，缓解其国内减排压力。
《京都议定书》三机制的不同点：JI 和CDM 是基于项目进行的减排合作机制，而IET 则是在全球市场上对分配的排放限额进行贸易的市场机制。
设立的机构（UNFCCC ）：最高机构：COP ——缔约方会议（Conference of the Parties)——附属科技咨询机构（SBSTA ）和附属履行机构（SBI ）。
《京都议定书》谈判中各利益集团的立场：
最大的焦点：发达国家迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务！
欧盟：发达国家在2010年将CO2等三种温室气体排放量从1990年水平上减少15%！
伞型集团：主张减排指标和时间跨度低的多、长的多！更重视减排成本、减轻减排压力！
发展中国家：大多数问题上立场一致，但有矛盾！
《京都议定书》的生效：
生效条件：要达到两个―55‖，即有55个《公约》缔约方批准议定书，且其中的附件一国家缔约方1990年温室气体排放量之和占全部附件一国家缔约方1990年温室气体排放总量的55%。
生效历程：
1997年12月至2001年11月近4年间，只有43个国家批准了议定书，且多为中小国家。
2001年美国宣布不批准《京都议定书》引起各国强烈反响。
2002年澳大利亚宣布不批准。
2002年9月5日，已有93个国家批准了议定书。中国、印度等发展中大国亦批准！
2002年12月17日，新西兰和加拿大等国也批准了议定书。
2004年10月22日，俄罗斯批准了议定书。
2005年2月16日，旨在遏制全球气候变暖的《Kyoto Protocol》生效！
《京都议定书》通过之后的几个重要文件：
1、布宜诺斯艾利斯行动计划
1998年第四次缔约方会议上达成。规定：在第六次缔约方会议前应通过《京都议定书》实施规则及其要素，从而为其后的谈判提供了任务，指明了方向。―后京都进程‖：旨在迫使发展中国家承担减、限排温室气体义务。―自愿承诺‖：东道国阿根廷提出发展中国家自愿承诺的议题。
2、波恩协议
2000年，第六次缔约方会议失败！
2001年3月，美国拒批！
2001年7月第六次缔约方会议续会在波恩召开，就落实―布宜诺斯艾利斯行动计划‖通过了一揽子协议。该协议的通过是气候变化谈判历史上的重大突破。
基金、规则、三机制及遵循程序等。
3、马拉喀什协定
2001年10月第七次缔约方会议在摩洛哥马拉喀什举行。就落实―波恩协议‖通过了一揽子协
议。
资金、技术转让、能力建设等；三机制、遵循程序和碳汇问题等。
该协议通过后，除个别具体问题外，为使《京都议定书》生效所进行的实施规则的谈判已经全部结束，气候变化谈判进入了一个新的阶段。
气候谈判新进展：第八次缔约方会议和《德里宣言》
《德里宣言》的问世
第八次缔约方会议于2002年10月23日至11月1 在印度新德里举行。主题：《京都议定书》生效后的未来温室气体减排战略。会议通过了《气候变化与可持续发展德里部长级宣言》（简称《德里宣言》）
《德里宣言》的主要内容：
（1）首次在国际文件中明确提出应在可持续发展框架下对付气候变化问题，针对气候变化的适应性问题是所有国家在气候变化方面的优先工作。
（2）宣言强调，应对气候变化的战略、措施、方案与活动应充分考虑共同但有区别的责任原则及各国的能力、发展水平、优先选择和国情。
联合国全球环境基金（GEF ）：
GEF 是一个实施UNFCCC 和碳减排的重要基金组织。
GEF 由世界银行、联合国开发计划署（UNDP ）和联合国环境规划署（UNEP ）共同管理。
主要是以赠款或其他的形式，向受授国（包括发展中国家和部分经济转轨国家）提供关于气候变化、生物多样性、国际水域和臭氧层损耗等四个领域及相关的土地退化方面项目的资金支持，以取得全球环境效益。
政府间气候变化专业委员会（IPCC ）
IPCC 作为一个非常设机构，承担着为气候变化谈判提供科学咨询的任务，负责有收集、整理和汇总世界各国在气候变化领域的研究成果，提出科学评价和政策建议的责任。
第一工作组：负责评价气候系统和气候变化的科学问题。
第二工作组：负责分析和评价气候的影响，包括气候变化的社会经济影响，自然系统的脆弱性，以及如何适应气候变化等问题。
第三工作组：负责评价气候变化的政策和措施方面，包括限制温室气体排放和减轻气候变化影响的政策和技术措施。
任务小组：负责收集、整理和分析IPCC 各成员国温室气体排放清单等。
每个工作组和任务小组各设两位共同主席（Co-Chair) ，一位来自发展中国家，另一位来自发达国家，均由IPCC 全会选举产生。
IPCC 每年举行一次全体成员大会。
1990、1995、2001、2007年分别撰写了四次《气候变化评估报告》
目前正在进行第五次科学评估报告编写的准备工作。
气候变化与国家信息通报：
各国报告本国与气候变化相关的信息，使国际社会及时掌握这些情况，对于国际社会和各国政府做出正确的判断和决策有着重要作用！
《公约》对国家信息通报内容的规定：
（1）编制《蒙特利尔议定书》未予管制的各种源的人为排放和各种汇的清除的国家清单；
（2）为履行公约而采取或设想的步骤；
（3）与公约目标相关的其他信息。
发达国家与发展中国家的不同义务：
（1）发达国家每3-5年提交一次国家信息通报，发展中国家无此规定。
（2）发达国家的温气（6种）源汇清单及年度清单，发展中国家只提交第一次国家信息通报，且只需提供3种温气清单。
（3）发达国家自己支付信息通报的费用，发展中国家由GEF 资助。
关于中国：
（1）2004年提交《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》。
（2）包括国家基本情况，国家温室气体清单，气候变化的影响与适应，与减缓气候变化相
关的政策措施，气候系统观测与研究，教育、宣传与公众意识以及资金、技术和能力建设方面的需求7大部分。
（3）1994年中国二氧化碳净排放量为26.66亿吨（折合7.28亿吨碳），甲烷排放总量为3429万吨，氧化亚氮排放总量约为85万吨。
在经历了一段经济快速增长后，中国的人均温气排放量仍然远低于发达国家的水平，中国政府实行的一系列有利于减缓气候变化的政策措施发挥了积极的作用。
2007年3月，启动第二次信息通报编制工作。
第二节 主要国际科学组织所做的努力
一、全球变化国际研究计划简介
国际地圈生物圈计划（IGBP ）
全球变化人文因素研究计划（IHDP ）
世界气候研究计划（WCRP ）
生物多样性计划（DIVERSITAS ）
地球系统科学联盟（ESSP ）2001年成立
1、国际地圈生物圈计划（IGBP ）
由国际科学联合会（ICSU ）发动和组织的重大国际科学计划。
1980年初代酝酿，1986年正式提出，1990年进入执行阶段。
1988年成立国际地圈生物圈计划中国全国委员会 （CNC-IGBP ）。
IGBP 的研究思路：系统、集成、尺度
IGBP 以生物地球化学循环子系统及其与物理气候子系统的相互作用为主要研究对象。 IGBP 的研究目标是：
对控制地球系统动力学的各种相互作用的物理、化学和生物过程进行分析；
研究发生在这些动力学中的各种变化；
研究人类活动在这些变化中所起的作用。
IGBP 的研究阶段：
第一阶段：1987-2003年，融合了IGBP 及其相关计划研究成果的系列集成文献的出版。
第二阶段：2004-2013年。
IGBP 核心研究计划：
（1）过去的全球变化（PAGES ）
（2）国际全球大气化学（IGAC ）
（3）陆地生态系统-大气过程集成研究（iLEAPS ）
（4）全球陆地计划（GLP ）
（5）海岸带陆-海相互作用（LOICZ ）
（6）全球海洋生态系统动力学（GLOBEC ）
（7）海洋生物地球化学和海洋生态系统集成研究（IMBER ）
（8）上层海洋-低层大气研究（SOLAS ）
（9）地球系统分析、集成与模拟（AIMES ）
2、全球变化人文因素研究计划（IHDP ）
由国际科学联盟理事会（ICSU ）及国际社会科学联盟理事会（ISSC ）于1996年共同发起，2004年成立中国委员会（CNC-IHDP ）。
目标包括：
1、促进对左右人与地球总体系统相互作用的复杂原因的科学理解和认识；
2、不断努力探索预测全球环境下的社会变化；
3、确定宏观的社会战略，以预防或减轻全球变化的不利影响，以适应那些无法避免的变化；
4、分析对付全球环境变化、促进实现可持续发展的政策与方案。
研究内容：
1、全球变化的根源，主要是人为根源；仔细区分自然趋势和由人类活动所造成的两类变化；
2、由于自然和直接由于人类作用所引起的变化的后果；
3、对全球变化的管理。
核心计划：
土地利用与土地覆盖变化研究（LUCC ）
全球环境变化的制度因素（IDGEC ）
全球环境变化和人类安全（GECHS ）
工业转型（IT ）
海岸带陆海相互作用（LOICZ Ⅱ ）
3、世界气候研究计划（WCRP ）
由国际气象组织（WMO ）与国际科学联合会（ICSU ）联合主持。始于1970年代，1980年代开始执行。中国委员会成立于1985年。主要研究内容：地球系统中有关气候的物理过程，涉及整个气候系统。
核心计划：气候与冰冻圈（GLIC ）、气候变率与可预测性（CLIV AR ）、全球能量与水循环试验（GEWEX ）、平流层过程及其在气候中的作用（SPARC ）、全球变化的分析、研究与培训系统（START ）、世界大洋环流实验（WOCE ）
两个目标：1、气候的可预报程度 ；2、人类活动对气候的影响。
三个方向：1、为期数周的长期天气预报；2、全球大气年际变率；3、为期数年的热带海洋的年际变率、长期变化。
两大试验：热带海洋和全球大气试验和世界海洋环流试验
4、生物多样性计划（DIVERSITAS ）
由联合国教科文组织（UNESCO ）、国际生物科学联合会（IUBS ）和环境科学委员会（SCOPE ）
联合制定并于1991年开始实施，1992年成立中国委员会。该计划旨在研究地球上生物多样性！
该计划包括：1、生物多样性的生态系统功能；2、生物多样性的产生、减少及其维护；3、生物多样性的编目与监测。
5、全球可持续发展的ESSP 联合计划
（1）全球碳循环
方式和变率:目前全球碳循环主要汇集地和通量的地理和时间分布状况如何？
过程与相互作用：决定碳循环动力学的人为与自然的控制与反馈机理是什么？
碳管理：碳-气候-人类系统的未来变化是怎样的？对于该系统的管理存在怎样的干预点与机会？
（2）食物系统
食物安全与环境压力：
全球环境变化将如何影响不同地区的食物系统的脆弱性？
食物系统如何进行适应以应对全球环境变化和增强食物安全？
各种适应机制如何对环境与社会经济条件进行反馈？
（3）水资源
全球水系统的人为与环境变化的量级？
全球水系统的变化所导致的地球系统内的主要联系与反馈是什么？
全球水系统对于变化的恢复性与适应性如何？
（4）人类健康(Under Development)
项目目标:
确定环境变化对过去、现在及将来的人类健康所造成的危险。
研究减少这些危险的可能途径。
主要研究热点：
（1）研究过去！
为什么研究过去？重建过去情景，评估未来！怎样研究过去？冰芯；花粉；黄土.......
（2）研究大气！
大气化学与全球变化、温室气体、气溶胶。
气溶胶对气候的影响：
1、通过散射和吸收入射的太阳辐射对地球能量平衡产生影响。
2、对云和降水形成产生影响。
（3）研究陆地：陆地系统动力学、陆地系统变化的结果、陆地可持续性的综合分析与建模
人类与环境耦合的干扰之一：火灾
1、是土地覆盖的一个关键决定因素。
2、对温气和污染物排放有重要贡献。
3、影响生态系统服务，生物多样性等。
4、作为一种自然干扰，火灾受到人为干扰变化的巨大影响。
（4）研究海洋
研究海洋生物地球化学循环和生态系统对全球变化的敏感性。
认识全球环境变化对海洋生态系统的影响及海洋生态系统的响应。
（5）研究界面！
1、陆-气界面；iLEAPS 计划涵盖从分子水平的观测到全球尺度的模拟
巨大的热带反应器：因为热带具有高水平的紫外辐射和水汽含量，这里的羟基浓度也最高，而且甲烷、一氧化碳和其他微量气体的大多数氧化反应都发生在―巨大的热带反应器内‖，它是指热带对流层中具有高羟基浓度的地区。
2、海-陆界面；
海岸带（包括南极洲）仅占全球陆地面积的五分之一，但却容纳了全球近一半的人口。
海岸系统的脆弱性和对人类社会的危害。
全球变化对海岸生态系统和可持续发展的意义和影响。
人类对于河流流域-海岸带相互作用的影响。
海岸和陆架海的生物地球化学循环。
通过陆地-海洋相互作用管理增进海岸系统的可持续性。
3、海-气界面。
海-气间的生物地球化学相互作用和反馈。
海-气界面的交换过程与传输及转化在海-气边界层中的作用。
二氧化碳及其它长寿命辐射活性气体的海-气通量。
（6）研究人类因素！
从人文因素（人类影响）出发，来研究全球变化。
（7）研究气候系统！
有关气候的物理过程。
（8）研究生物多样性！
地球上各种生命形式的总称，包括所有的植物、动物和微生物种类，以及它们所拥有基因，它们与生存环境所组成的生态系统。物种多样性、遗传多样性、生态系统多样性。
丰富的生物多样性维护着生态系统的稳定性；
生物多样性的丧失速率：目前是过去的1000倍，未来是现在的10倍。
（9）集成模拟：全球变化研究必须以整体的与综合的方式展开。
总体目标：对于从人类干扰对生物地球化学循环是如何改变物理气候系统的这一问题有一个深入的、量化的理解。
主要科学发现：
1、地球是一个可由生命自身控制的系统！
生物过程与物理和化学过程的相互作用——地球环境；
生物所扮演的角色要比先前认为的重要的多。
2、全球变化不仅仅是气候变化，它真实存在，它正在发生，并且越来越快！
人类活动的影响超过自然变率；
人口、氮固定、物种灭绝、CO2浓度的变化等。
3、人类活动驱动着多重相互作用的影响，这些影响以复杂的方式在地球系统中发生级联反应。
4、地球动力学以临界阈值和突变为特征。人类活动无意中触发的一些变化，能够给地球系统带来灾难性后果。
5、地球正在以一种前所未有的状态运行
地球系统最近已经超越了至少过去50万年自然变率的范围。
西蒙与埃尔里奇之争：赌注未来
乐观主义者：面对多数和流行观点；科学家的预测、传媒的夸大、政客的参与；―让事实和数据说话‖，―短缺是利润和创新的源泉‖
马尔萨斯主义者：面对太多的危机、石油能源的储量、土地的生产能力、酸雨的危害、沙漠化的发展、多样性的损失、气候变化、―失去远见就意味着灭亡‖；―告诉人们最坏的结果是为了一个更好的未来‖
IPCC 第一次评估报告的主要结论（1990）（1）地球上的气候依赖于大气的辐射平衡，而大气的辐射平衡又依赖于入射的太阳辐射以及大气中温室气体的辐射平衡。（2）地球气候受到几种辐射强迫的影响，包括温室气体浓度、太阳辐射、气溶胶和地表反照率。（3）气候系统由大气圈、水圈、冰冻圈、生物圈和岩石圈组成。（4）对大气环流模式所模拟的现在气候, 进行验 证表明大尺度较准确，区域尺度有明显误差。（5）当CO2倍增时，气候变化明显。
（6）从19世纪末起，确实存在着全球地表温度的真实但不规则的升高。（7）过去100年间，
全球海平面平均升高10-20cm 。（8）必须以过程研究、观测与模拟三者结合，才能有效预测气候系统的行为。2、IPCC 第二次评估报告的主要结论（1995）（1）由于人类活动的结果，大气中温室气体含量继续增加。（2）最近几年（1990年代初）是从1860年以来最暖的几年。
（3）气候模式模拟实际气候变化趋势和重要事件的能力有了改善。（4）对气溶胶的冷却作用有了更清楚的认识。（5）有明显的证据可以检测出人类活动对气候的影响。3、IPCC 第三次评估报告的主要结论。（1）日益增加的观测资料对变暖的世界和气候系统的其他变化给出了一个集合的图景。（2）人类活动造成的温室气体和气溶胶排放继续以预期将影响气候的方式改变着大气（3）模式预测未来气候能力的信心已经增强。（4）有新的和较强的证据表明，过去50年观测到的增暖的大部分可归因于人类活动。（5）在整个21世纪人类的影响将继续改变大气的组成。（6）在所有的SRES 情景下，全球平均气温和海平面预计都将升高。（7）因人类活动而引起的气候变化将持续许多世纪。（8）在资料获取和理解方面还存在许多差距，需要采取进一步行动。
中国减少CO2、CH4及N2O 排放的措施：《中华人民共和国气候变化初始国家信息通报》1994年中国所排放的温室气体中：CO2、CH4和N2O 分别占有73.1%、19.7%、7.2%。其中： CO2、的排放主要来自能源活动；CH4和主要来自农业活动和能源活动；N2O 主要来自农业活动。1、针对CO2排放：CO2的排放：能源活动占总排放的90.95%。（1）调整能源结构；（2）提高能源利用率；（3）可再生能源的利用；（4）增加陆地生态系统的碳吸收。
2、针对CH4：中国CH4排放主要来源于农业活动（50.15%）、能源活动（27.33%）和废弃物处置（22.52%）。（1）减少农业活动CH4排放：饲料秸秆的处理和营养成分的改善：秸秆的氨化、粉碎及颗粒化；多功能复合添砖的使用及过瘤蛋白的使用；减少稻田排放。（2）减少能源活动排放CH4的对策：采煤前先采出煤层气回收利用，不仅增加新的能源，而且减少CH4排放和瓦斯爆炸事故的发生，有效的改善煤矿安全。（3）减少废弃物处置排放CH4的对策：垃圾的分类处理和填埋，充分利用有机垃圾产生的CH4作为燃料或发电；改善填埋场设施，降低填埋场湿度以抑制CH4的产生；筛选环境适应性强的CH4氧化菌并接种于填埋场，促进CH4的氧化；将填埋构造由厌氧型改为半好氧型或渗滤液回灌的半好氧型。3、针对N2O ：中国N2O 排放92.4%来自农业活动，能源活动和工业生产过程分别占5.8%和
1.8%。促进区域间氮肥施用的均衡发展；提高氮肥利用率；长效氮肥和控施化肥的施用；生物抑制剂的施用。
联合国气候大会热点问题：（1）发达国家是否愿意承担它们的减排责任。（2）《京都议定书》成员国中发达国家所做出的脱离《京都议定书》、与美国一道达成新协议的明确决策。（3）资金问题。（4）气候友好型技术转让，这是另一个做出过承诺，但没有实现的承诺。（5）是否要为限制温度升高（1.5℃或2 ℃ ）或全球减排（例如与1990年相比减排50%）抑或二者共同设定2050年的目标。
联合国气候大会七大关键词，2009哥本哈根协议解读1、温室效应：地球大气层有着与温室玻璃类似保温效果。阳光照射地球时，部分能量被大气和地表吸收，地球表面向外释放热量，其中一部分也被大气吸收。大气层存留热量的能力使地球表面有着温暖的环境，这被称为温室效应。2、气候变化：它包含地球历史上发生的各种或冷或热的变化，但目前所讨论的气候变化主要是指自18世纪工业革命以来，人类大量排放二氧化碳等气体所造成的全球变暖现象。全球变暖问题是指大气成分发生变化导致温室效应加剧，使地球平均气温异常升高并由此引发的一系列环境、经济等问题。3. 《联合国气候变化框架公约》 1992年在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上，150多个国家和地区制定了《联合国气候变
化框架公约》（简称《公约》）。《公约》的最终目标是将大气中温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平上。《公约》为国际社会努力应对气候变化挑战制定了一个总体框架，目前已有191个国家和地区批准了《公约》。《公约》要求各签约国定期向联合国递交国家温室气体排放清单。4、―共同但有区别的责任‖原则：目前存在的全球变暖等环境问题主要是发达国家自工业革命以来不顾后果地利用环境和资源的累积恶果，广大发展中国家在很大程度上是受害者-发达国家必须承担历史责任，偿还过去的欠债。因此，国际环境保护合作必须遵循―共同但有区别的责任‖原则，发达国家有义务在率先采取有关环保措施的同时，为国际合作做出更多切实的贡献。这主要应表现在两个方面：向发展中国家额外提供资金，帮助发展中国家更好地参加国际环保合作，或补偿相关经济损失；以优惠的非商业性的条件向发展中国家提供治理污染所需的先进技术。5. 《京都议定书》：它是1997年在日本京都举行的《公约》第三次缔约方大会上通过的，是设定强制性温室气体减排目标的第一份国际协议。于2005年2月正式生效。根据这份协议，从2008年到2012年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。目前已有170多个国家批准了这份协议，但温室气体最大排放国美国仍然没有签署这份议定书。6碳足迹：指每个人的温室气体排放量，以二氧化碳为标准计算。一个人的碳足迹可以分为第一碳足迹和第二碳足迹。第一碳足迹是因使用化石能源而直接排放的二氧化碳，第二碳足迹是因使用各种产品而间接排放的二氧化碳。7. 食品里程和公平里程：人们每天消费的食品要经过各种运输才能到达千家万户，而运输是主要的温室气体排放源之一，食品里程简单说就是食品所行路程。一些人希望通过给食品等添加食品里程说明，影响消费者的购买选择。但是，发展中国家担心食品里程成为发达国家的一种新贸易壁垒，于是出现了公平里程的概念。公平里程要求全面考虑与食品相关的生产方式、可再生能源使用等各种因素。
中国行动：减排目标：到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年有―显著下降‖。2020年单位GDP CO2排放比2005年降低40%-45%；非化石能源占一次能源消费15%；2020年森林面积比2005年增4000万公顷，到2050年开始减少碳排放。谈判立场：双轨制路线，坚持《公约》、《议定书》和巴厘路线。包括中国在内的发展中国家强烈要求，这次会议一定要确定发达国家到底要减排多少，相关目标既要符合《公约》和《议定书》的要求，还要符合UNFCCC 的建议。资金和技术：发达国家拿出国内生产总值（GDP ）的1%，为较贫困国家提供补贴以遏制CO2排放。
五认知：其他温室气体同样令人担忧、北极夏季海冰正急速缩减、全球变暖已经造成影响、―曲棍球棒‖曲线持续上升、怀疑论者仍然存在。五疑问：暖化的程度，以及什么时候达到危险水平？如何确定大气中温室气体的浓度上限？消失的碳到哪里去了？气候变暖是否会使风暴加剧？格陵兰岛消融的速度有多快？
低碳经济：是一种从生产、流通到消费和废物回收这一系列社会活动中实现低碳化发展的经济模式。低碳经济内涵：是指可持续发展理念指导下，通过理念创新、技术创新、制度创新、产业结构创新、经营创新、新能源开发利用等多种手段，提高能源生产和使用的效率以及增加低碳或非碳燃料的生产和利用的比例、尽可能地减少对于煤炭石油等高碳能源的消耗，同时积极探索碳封存技术的研发和利用途径，从而实现减缓大气中CO ₂浓度增长的目标，最终达到经济社会发展与生态环境保护双赢局面的一种经济发展模式。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步。低碳经济实质是能源高效利用、清洁能源开发、追求绿色GDP 的问题。低碳经济核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。 低
碳经济Low-carbon economy的特征是以减少温室气体排放为目标, 构筑低能耗、低污染为基础的经济发展体系。包括低碳能源系统、低碳技术和低碳产业体系。 低碳能源系统是指通过发展清洁能源, 包括风能、太阳能、核能、地热能和生物质能等替代煤、石油等化石能源以减少二氧化碳排放。低碳技术包括清洁煤技术(IGCC)和二氧化碳捕捉及储存技术(CCS)等等。低碳产业体系包括火电减排、新能源汽车、节能建筑、工业节能与减排、循环经济、资源回收、环保设备、节能材料等等。 实现方法：第一，将减排目标纳入―十二五‖规划。 第二，抓好试点，树立典型；第三，成立专门机构指导―低碳经济‖。 第四，制定出台相关政策，保证―低碳经济‖健康发展 第五，大力发展―低碳产业‖。 第六，处理好―一抓‖―三防‖关系。 第七. 认真做好宣传教育普及及舆论监督工作 第八，充分发挥人大、政协在低碳经济运行中的作用。
第九，将―低碳经济‖绩效纳入政府、公务员政绩考核核心内容。