【摘要】：自工業(yè)革命以來人類活動(dòng)大量排放CO2,使大氣CO2濃度持續(xù)上升,導(dǎo)致全球變暖。同時(shí)海洋吸收CO2使海洋酸化,威脅海洋生物的生存。近年來,科學(xué)界提出利用太陽輻射管理地球工程作為應(yīng)對(duì)全球變暖的備用手段,即通過減少到達(dá)大氣和地表的太陽輻射實(shí)現(xiàn)降溫。目前關(guān)于太陽輻射管理地球工程對(duì)氣候影響的研究較多,而對(duì)海洋酸化影響的研究較少。本文就太陽輻射管理地球工程對(duì)海洋酸化的影響進(jìn)行模擬研究,這有助于全面評(píng)估地球工程對(duì)全球氣候和環(huán)境的影響。本文使用維多利亞大學(xué)地球系統(tǒng)氣候模式(University of Victoria Earth System Climate Model,UVic ESCM)模擬分析在大氣CO2增加情景下實(shí)施太陽輻射管理地球工程對(duì)氣候和海洋酸化的影響。所分析的海洋環(huán)境因子包括溶解無機(jī)碳、堿度、溫度和鹽度,海洋酸化變量包括pH和文石(碳酸鈣的一種亞穩(wěn)形態(tài))飽和度。模擬采用的CO2增加情景為典型高CO2濃度路徑情景(RCP8.5)。模擬結(jié)果表明,在RCP8.5情景下,1800年至2100年海洋累計(jì)吸收CO2達(dá)到547 PgC(1 PgC=1015gC=109tC)。相對(duì)于工業(yè)革命前水平,2100年全球海洋表面的溶解無機(jī)碳增加181 μmol kg-1、堿度減小13μmolkg-1、溫度升高2.8 ℃,而鹽度的變化很小。在此背景下,相對(duì)于工業(yè)革命前,到2100年海洋表面平均的pH下降0.43、文石飽和度下降1.77。在RCP8.5情景下自2020年開始模擬實(shí)施太陽輻射管理地球工程,使海洋表面溫度降至工業(yè)革命前水平,導(dǎo)致海水對(duì)CO2的溶解度增大,對(duì)CO2的吸收到2100年相對(duì)于RCP8.5情景累計(jì)增加37 PgC。相對(duì)于RCP8.5情景,2100年地球工程情景下海洋表面溫度降低2.8℃,溫度的降低將影響碳酸電離常數(shù)使pH升高、文石飽和度降低;同時(shí),溶解無機(jī)碳增加24 μmol kg-1、堿度增加9 μmol kg-1。溶解無機(jī)碳和堿度的變化將改變碳酸電離平衡從而影響pH和文石飽和度,溶解無機(jī)碳的增加使pH和文石飽和度均下降,而堿度的增加使pH和文石飽和度均升高。地球工程情景下鹽度的變化很小,因此其對(duì)海洋酸化的影響也很小。總體上,相對(duì)于CO2增加情景,地球工程的實(shí)施通過影響各環(huán)境因子使海洋pH基本不變、文石飽和度下降0.16。定量分析結(jié)果表明,溶解無機(jī)碳增加對(duì)pH的影響被堿度和溫度變化對(duì)pH的影響所抵消,而文石飽和度主要受溶解無機(jī)碳增加的影響而下降。此外,溶解無機(jī)碳、堿度、溫度、鹽度等環(huán)境因子的分別變化對(duì)海洋酸化影響的線性疊加基本等同于這些環(huán)境因子同時(shí)變化對(duì)海洋酸化的協(xié)同影響。海洋酸化背景下海水文石飽和度降低,不利于珊瑚礁骨骼的形成,將威脅珊瑚礁的生存,而太陽輻射管理地球工程的實(shí)施使海水文石飽和度進(jìn)一步下降。RCP8.5情景下,工業(yè)革命前95%以上的淺水珊瑚礁處于文石飽和度大于3.5的水域中,到2100年該比例降至0;工業(yè)革命前91%以上的冷水珊瑚礁位于文石過飽和的水域,到2100年該比例降至55%。相對(duì)于RCP8.5情景,地球工程的實(shí)施使位于文石飽和度大于3.5的淺水珊瑚礁的百分比提前10年降至0;到2100年,處于文石過飽和水域的冷水珊瑚礁百分比下降至34%�？傮w而言,CO2增加情景下的海洋酸化同時(shí)受CO2增加和海水變暖的影響。我們的模擬研究表明,太陽輻射管理地球工程可以有效緩解全球變暖,但未能緩解海洋酸化,因此現(xiàn)實(shí)中對(duì)于太陽輻射管理地球工程的實(shí)施需慎重決策。
【圖文】：

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文地球降溫的效果，因此它成為過去十年來研究的重點(diǎn)。太陽輻射管理本質(zhì)上是通過削減到逡逑徸地球表面的太陽輻射實(shí)現(xiàn)給地球表面降溫的效果（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），其實(shí)施方式有（圖邋１．２）：逡逑

ＤＩＣ邋＝邋［Ｃ０２邋］邋＋邋［ＨＣＯ；邋］＋［Ｃ0３２－邋］邐（１．５）逡逑如圖１．３所示，在當(dāng)前的海水ｐＨ環(huán)境中，ＤＩＣ大約９０％以ＨＣＯ丨形式存在（Ｓａｒｍｉｅｎｔｏ逡逑ｅｔａｌ．，，２００６），１０％以ＣＯ〗—形式存在，極少量（約０．５％）以Ｃ0２（ａｑ）和Ｈ２Ｃ0３形式存在。逡逑大氣Ｃ0２濃度的上升引起海水Ｃ0２溶解增加，導(dǎo)致［Ｈ＋］、［Ｃ0２］和［ＨＣ0ｎ均增加，而［Ｃ0ｒ］逡逑降低。逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X55;P734

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本文編號(hào)：2604182