模拟研究太阳辐射管理地球工程对海洋酸化的影响

发布时间：2020-03-28 08:06

【摘要】：自工业革命以来人类活动大量排放CO2,使大气CO2浓度持续上升,导致全球变暖。同时海洋吸收CO2使海洋酸化,威胁海洋生物的生存。近年来,科学界提出利用太阳辐射管理地球工程作为应对全球变暖的备用手段,即通过减少到达大气和地表的太阳辐射实现降温。目前关于太阳辐射管理地球工程对气候影响的研究较多,而对海洋酸化影响的研究较少。本文就太阳辐射管理地球工程对海洋酸化的影响进行模拟研究,这有助于全面评估地球工程对全球气候和环境的影响。本文使用维多利亚大学地球系统气候模式(University of Victoria Earth System Climate Model,UVic ESCM)模拟分析在大气CO2增加情景下实施太阳辐射管理地球工程对气候和海洋酸化的影响。所分析的海洋环境因子包括溶解无机碳、碱度、温度和盐度,海洋酸化变量包括pH和文石(碳酸钙的一种亚稳形态)饱和度。模拟采用的CO2增加情景为典型高CO2浓度路径情景(RCP8.5)。模拟结果表明,在RCP8.5情景下,1800年至2100年海洋累计吸收CO2达到547 PgC(1 PgC=1015gC=109tC)。相对于工业革命前水平,2100年全球海洋表面的溶解无机碳增加181 μmol kg-1、碱度减小13μmolkg-1、温度升高2.8 ℃,而盐度的变化很小。在此背景下,相对于工业革命前,到2100年海洋表面平均的pH下降0.43、文石饱和度下降1.77。在RCP8.5情景下自2020年开始模拟实施太阳辐射管理地球工程,使海洋表面温度降至工业革命前水平,导致海水对CO2的溶解度增大,对CO2的吸收到2100年相对于RCP8.5情景累计增加37 PgC。相对于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下海洋表面温度降低2.8℃,温度的降低将影响碳酸电离常数使pH升高、文石饱和度降低;同时,溶解无机碳增加24 μmol kg-1、碱度增加9 μmol kg-1。溶解无机碳和碱度的变化将改变碳酸电离平衡从而影响pH和文石饱和度,溶解无机碳的增加使pH和文石饱和度均下降,而碱度的增加使pH和文石饱和度均升高。地球工程情景下盐度的变化很小,因此其对海洋酸化的影响也很小。总体上,相对于CO2增加情景,地球工程的实施通过影响各环境因子使海洋pH基本不变、文石饱和度下降0.16。定量分析结果表明,溶解无机碳增加对pH的影响被碱度和温度变化对pH的影响所抵消,而文石饱和度主要受溶解无机碳增加的影响而下降。此外,溶解无机碳、碱度、温度、盐度等环境因子的分别变化对海洋酸化影响的线性叠加基本等同于这些环境因子同时变化对海洋酸化的协同影响。海洋酸化背景下海水文石饱和度降低,不利于珊瑚礁骨骼的形成,将威胁珊瑚礁的生存,而太阳辐射管理地球工程的实施使海水文石饱和度进一步下降。RCP8.5情景下,工业革命前95%以上的浅水珊瑚礁处于文石饱和度大于3.5的水域中,到2100年该比例降至0;工业革命前91%以上的冷水珊瑚礁位于文石过饱和的水域,到2100年该比例降至55%。相对于RCP8.5情景,地球工程的实施使位于文石饱和度大于3.5的浅水珊瑚礁的百分比提前10年降至0;到2100年,处于文石过饱和水域的冷水珊瑚礁百分比下降至34%。总体而言,CO2增加情景下的海洋酸化同时受CO2增加和海水变暖的影响。我们的模拟研究表明,太阳辐射管理地球工程可以有效缓解全球变暖,但未能缓解海洋酸化,因此现实中对于太阳辐射管理地球工程的实施需慎重决策。
【图文】：

实施方式,太阳辐射,地球表面,管理本质

浙江大学硕士学位论文地球降温的效果，因此它成为过去十年来研究的重点。太阳辐射管理本质上是通过削减到逡逑徸地球表面的太阳辐射实现给地球表面降温的效果（Ｋｅｉｔｈ，２０００；邋Ｖａｕｇｈａｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１１；逡逑Ｃａｌｄｅｉｒａ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１３；辛源，２０１６；邋Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１８），其实施方式有（图邋１．２）：逡逑

溶解无机碳,海水,形式,图片

ＤＩＣ邋＝邋［Ｃ０２邋］邋＋邋［ＨＣＯ；邋］＋［Ｃ0３２－邋］逦（１．５）逡逑如图１．３所示，在当前的海水ｐＨ环境中，ＤＩＣ大约９０％以ＨＣＯ丨形式存在（Ｓａｒｍｉｅｎｔｏ逡逑ｅｔａｌ．，，２００６），１０％以ＣＯ〗—形式存在，极少量（约０．５％）以Ｃ0２（ａｑ）和Ｈ２Ｃ0３形式存在。逡逑大气Ｃ0２浓度的上升引起海水Ｃ0２溶解增加，导致［Ｈ＋］、［Ｃ0２］和［ＨＣ0ｎ均增加，而［Ｃ0ｒ］逡逑降低。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X55;P734

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