NASA的研究揭示了地球近期二氧化碳排放量创纪录的原因

2015-16年度的最后一次厄尔尼诺现象影响了地球热带地区释放到大气中的二氧化碳量，从而导致地球最近刷新了大气二氧化碳记录。在每个地区，厄尔尼诺现象的影响都不尽相同。学分：NASA / JPL-加州理工学院

一项新发表的研究提供了天基证据，表明地球的热带地区是至少2000年以来大气二氧化碳浓度每年最大增加的原因。

科学家们怀疑2015-16年度厄尔尼诺现象（El Nino）是有史以来最大的事件之一，但这确实是正在进行的研究的主题。研究人员分析了NASA的轨道碳观测站2（OCO-2）卫星的前28个月的数据，得出结论认为，厄尔尼诺相关的热和干旱的影响是南美，非洲和印度尼西亚热带地区发生的记录峰值的原因。全球二氧化碳。这些发现作为五种基于OCO-2数据的研究论文的一部分发表在《科学星期五》杂志上。

该研究的主要作者，美国加利福尼亚航空航天局喷气推进实验室（JPL）的刘俊杰说：“这三个热带地区向大气中释放的碳比2011年增加了2.5吉特。”“我们的分析表明，这种额外的二氧化碳解释了2011年与2015-16高峰年之间大气二氧化碳增长率的差异。OCO-2数据使我们能够量化厄尔尼诺现象期间个体地区土地与大气之间的碳净交换是如何受到影响的。”十亿吨是十亿吨。

在2015年和2016年，OCO-2记录到的大气中二氧化碳增加量比这些观测之前近年来的平均增加量大50％。这些测量结果与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的测量结果一致。每年增加的二氧化碳量约为百万分之三（即6.3千兆碳）。近年来，平均每年的增长已接近每年百万分之2的二氧化碳-或4吉吨的碳。即使估计2015-16年人类活动的排放量与厄尔尼诺事件之前大致保持相同，也出现了这些创纪录的增长，这是中部和东部热带太平洋海洋循环的周期性变暖模式，可以影响全球天气。

Liu的团队使用OCO-2数据分析了地球陆地面积如何导致创纪录的大气二氧化碳浓度增加。他们发现，由于厄尔尼诺现象，2015年所有陆地地区释放到大气中的碳总量增加了3吉吨。其中大约80％（即2.5千兆吨的碳）来自南美，非洲和印度尼西亚的热带森林中发生的自然过程，每个地区的贡献量大致相同。

研究小组使用日本航空航天局的温室气体观测卫星（GOSAT）的二氧化碳数据，将2015年的调查结果与参考年（2011年）的调查结果进行了比较。2011年，三个热带地区的天气正常，它们吸收和释放的碳量处于平衡状态。

OCO-2副项目科学家Annmarie表示：“了解这些地区的碳循环如何响应厄尔尼诺现象，将使科学家能够改善碳循环模型，这将有助于更好地预测我们的星球将来如何应对类似情况。” JPL的长者。“研究小组的发现暗示着，如果未来的气候像上一次厄尔尼诺现象那样，造成更多或更长的干旱，那么大气中可能会残留更多的二氧化碳，从而导致地球进一步变暖。”

尽管三个热带地区向大气中释放的二氧化碳量大致相同，但研究小组发现，每个厄尔尼诺现象所影响的温度和降雨量变化在每个地区都不相同，自然碳循环的响应方式也不同。刘将OCO-2数据与其他卫星数据结合起来，以了解引起每个热带地区做出响应的自然过程的详细信息。

在包括亚马逊雨林在内的南美东部和东南部热带地区，厄尔尼诺现象引发的严重干旱使2015年成为过去30年来最干旱的一年。温度也高于正常水平。这些干燥和炎热的条件给植被带来压力，减少了光合作用，这意味着树木和植物从大气中吸收的碳更少。这样做的结果是增加了释放到大气中的碳的净含量。

相反，根据结合卫星测量和雨量计数据的降水分析，热带非洲的降雨处于正常水平，但生态系统承受的温度高于正常温度。枯死的树木和植物分解得更多，导致更多的碳释放到大气中。同时，亚洲热带地区在过去30年中是第二干旱的年份。其碳释放量的增加（主要来自印度尼西亚）主要归因于泥炭和森林大火的增加（这也可以通过卫星仪器测量得出）。

“我们知道厄尔尼诺现象是造成这些差异的因素之一，但是直到现在，我们仍不了解在这些地区的规模中最重要的过程是什么，”埃尔德林说。“ OCO-2的地理覆盖范围和数据密度使我们能够分别研究每个区域。”

柯林斯堡科罗拉多州立大学大气科学教授，OCO-2科学小组成员（未参与此项研究）斯科特·丹宁指出，尽管科学家数十年来已经知道厄尔尼诺现象会影响热带森林的生产力，因此，森林对大气中二氧化碳的净贡献，研究人员几乎没有直接观察到这种影响。

“ OCO-2为我们提供了两种革命性的新方法来了解干旱和高温对热带森林的影响：每天直接在这些地区测量二氧化碳数千次；丹宁说：“通过检测树木自身中叶绿素的荧光来检测光合作用的速率。”“我们可以使用这些数据来检验我们对热带森林的反应是否可能使气候变化恶化或恶化的理解。”

地球大气中二氧化碳的浓度不断变化。随着植物的生长和死亡，它随着季节的变化而变化，冬季的浓度较高，而夏季的浓度较低。自1800年代初期（即广泛的工业革命开始以来），大气中的二氧化碳年均浓度通常逐年增加。在此之前，地球的大气层自然含有约595吉吨的二氧化碳形式的碳。目前，这个数字是850千兆字节。

大气中二氧化碳水平的逐年增加和季节周期的大小取决于地球大气层，海洋和陆地之间的微妙平衡。每年，海洋，植物和树木都会吸收并释放二氧化碳。由于人类活动而释放到大气中的碳量每年都在变化。平均而言，地球的陆地和海洋清除了人类排放物释放的二氧化碳的一半，另一半导致了大气浓度的增加。虽然自然过程是造成大气，海洋和陆地之间二氧化碳交换的原因，但每年都是不同的。在某些年份中，自然过程可减少人类排放的20％，而在另一些年份中，它们可清除多达80％的排放。

OCO-2于2014年启动，它收集了全球大气二氧化碳的测量数据，并具有必要的分辨率，精度和覆盖率，以了解这种重要的温室气体（人为造成的气候变化的主要驱动因素）如何在区域范围内穿越地球系统，以及随着时间的变化。从太空的有利位置来看，OCO-2每天能够在全球范围内进行大约100,000次大气中二氧化碳的测量。

参与Liu研究的机构包括JPL；位于科罗拉多州博尔德的国家大气研究中心；多伦多大学；科罗拉多州立大学；加州帕萨迪纳市的加州理工学院；和坦佩的亚利桑那州立大学。

出版物：刘俊杰等，“热带大陆对2015–2016年厄尔尼诺现象的不同碳循环响应”，《科学》，2017年10月13日：卷358，第6360期，eaam5690； DOI：10.1126 / science.aam5690