碳循环特点范文
时间：2024-04-09 17:57:31
导语：如何才能写好一篇碳循环特点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
【关键词】循环流化床锅炉；燃烧；效益
循环流化床锅炉主要由燃烧系统、气固分离循环系统、对流烟道三部分组成。其中燃烧系统包括风室、燃烧室、炉膛、给煤系统等几部分；气固分离循环系统包括物料分离装置和返料装置两部分；对流烟道包括省煤器、空气预热器等几部分。循环流化床的燃烧方式采用了低温、分级、循环燃烧的方式，既控制了NOx的生成，又可在炉内添加石灰石进行简单的炉内脱除SO2，具有较好的环保性能。
1.循环流化床锅炉的优点
1.1燃烧效率高
国外的循环流化床锅炉效率能达到99%，我国循环流化床锅炉效率也能达到95～98%。能有这么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循环流化床锅炉炉膛内能充分燃尽。
循环流化床锅炉燃烧属低温燃烧。燃料由炉前给煤系统送入炉膛，送风一般设有一次风和二次风，有的生产还设置三次风。一次风由布风板下部送入燃烧室，主要保证料层流化；二次风沿燃烧室高度分级多点送入，主要是为了保证充足的氧量保证燃料燃尽；三次风进一步强化燃烧。燃烧室内的物料在一定的流化风速作用下，发生剧烈扰动，在高速气流的携带下离开燃烧室进入炉膛，其中较大颗粒因重力作用沿炉膛内壁向下流动，一些较小颗粒离开炉膛进入物料分离装置，炉膛内形成气固两相流，进入分离装置的烟气通过对流烟道内的受热面吸热后，离开锅炉。循环流化床锅炉一大特点是采用分离回料装置。分离回料装置有惯性分离和旋风分离两种。
1.2煤种适应性强
循环流化床锅炉对低热值无烟煤、劣质煤、页炭、炉渣石矸等都有很好的适应能力，适应性比煤粉炉、层燃炉好。原因一个是循环流化床配备分离回料装置能够保证煤粒得到充分地燃烧，另外，循环流化床锅炉使煤粒在炉内产生一定的流化，保证煤粒能够得到充分燃烧。国产循环流化床采用较低流化速度（4.5m/s～5.5m/s）较低循环倍率约（10～20），能够减小分离受热面的磨损。此外，循环流化床锅炉不仅可全烧当地煤，还可掺烧邻炉（如链条炉）的炉渣。
1.3添加石灰石，有较高脱硫效果
循环流化床炉内燃烧过程中产生氧化硫与流化床炉燃烧添加剂一氧化钙发生反应：CaCO3=CaO+CO2；CaO+SO2+（1/2）O2=CaSO4。
石灰石脱硫剂在多次循环过程中，延长了与烟气中SO2的接触时间，Ca/S比显著降低，即以少量的石灰石达到较高的脱硫效率，脱硫效果可达95%，产生硫酸钙随渣排出。这种低倍率循环流化床锅炉适用于20t/h、35t/h、65t/h容量等级的发电锅炉和工业锅炉的旧炉改造，在利用当地劣质煤资源方面尤效显著。另外，含有硫酸钙的灰渣是综合利用的好材料。
1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量
煤粒和添加的石灰石在炉膛内以800～900℃温度燃烧，可以控制NOX的生成。这是因为生成的NOX被炉子部未燃烧的碳或CaO还原，因此减少的NOX的排放。
1.5系统简单，运行操作方便
从原煤到落煤经螺旋给煤机进入炉膛；一次风经布风板引入炉膛底部；煤粉（10mm以下）悬空燃烧；二次风从前后墙引入，起助燃搅拌作用；随烟气向炉膛尾部带起走的较大颗粒旋风分离器后返回到炉膛，循环燃烧，进入尾部烟道只剩下很小的灰粒。经过上述简单流程，锅炉即达到应当的蒸汽量，满足汽轮机蒸汽品质要求。经初步估算，使用流化床锅炉厂房，土建费用节约10%左右，与煤粉炉相比，设备费用节约20-30%，运行人员操作的辅机设备少，控制简单。
1.6灰渣综合利用，前途广泛
渣中有一定的硫酸钙，可作各种建筑材料的掺合料，水泥行业、制砖行业利用灰渣前途最广泛。该炉型推广应用可减少除灰渣场地，对无灰场条件的中小城市而言，不仅可以大大改善环境条件，而且可以推进建材行业的发展，变废为宝，使煤炭发挥综合效益。
2.循环流化床锅炉的技术特点
2.1燃料适应性广
由于大量灰粒子的稳定循环，新加入循环流化床锅炉的燃料（煤）将只占床料的很小份额。由于循环流化床的特殊流体动力特性，使其中的质量和热量交换非常充分。这就为新加入燃料的预热、着火创造了十分有利的条件。而未燃尽的煤粒子通过多次循环既可增加其炉内停留时间又可多次参与床层中剧烈的质量和热量交换，十分有利于其燃尽。这就使循环流化床锅炉不仅可高效燃用烟煤、褐煤等易燃煤种，同样可高效燃用无烟煤等难燃煤种，还可高效燃用各种低热值、高灰分或高水分的矸石、固体垃圾等废弃物。
2.2截面热强度高
同样由于流化床中剧烈的质量和热量交换，不仅使燃烧过程能在较小截面内完成，还使炉膛内床层和烟气流与水冷壁之间的传热效率也大大增加。这就使循环流化床锅炉的炉膛截面和容积可小于同容量的链条炉，沸腾床锅炉甚至煤粉炉。这一点对现有锅炉的改造尤其具有现实意义。
2.3污染物排放少
可利用脱硫剂进行炉内高效脱硫是循环流化床锅的突出优点。常用的脱硫剂是石灰石。通常循环流化床锅炉的床温保持在800-1000oC之间，过高可能因床内产生焦、渣块而破坏正常流化工况，过低则难以保证必要的燃烧温度。而这一区间正是脱硫反应效率最高的温度区间。因而在适当的钙硫比和石灰石粒度下，可获得高达80%-90%的脱硫率。同样由于较低的燃烧温度，加以分级送风，使循环流化床锅炉燃烧时产生的氮氧化物也远低于煤粉炉。
2.4锅炉负荷适应性好
循环流化床锅炉中床料绝大部分是高温循环灰，这就为新加入燃料的迅速着火和燃烧提供了稳定的热源。因而循环流化床锅炉的负荷可以很低，如额定负荷的30%左右，无需辅助的液体燃料，也不会发生煤粉炉难于保持正常燃烧甚至熄火的情况。 由于同样原因， 循环流化床锅炉能够适应负荷的快速变化。
2.5燃料制备系统相对简单
循环流化床锅炉无需煤粉炉的复杂的制粉系统，只需简单的干燥及破碎装置即可满足燃烧要求。另一方面，与循环流化床锅炉相比，链条炉虽一般不需燃料制备装置，但其燃烧效率一般很低。为保证燃料在链条炉排上的高效燃烧，燃料颗粒必须很均匀，这样的燃料制备装置同样会比循环流化床锅炉的复杂。
3.循环流化床锅炉的环保效益
3.1低温燃烧，低NOx排放
循环流化床锅炉的燃烧温度在950℃以下，属于低温燃烧，在这个温度区间内氮氧化物不易生成，这一点是与其它燃烧方式的锅炉重要区别之一，也就是说再不必增加任何设备及运行投入的情况下就可以实现低NOx排放。
3.2炉内脱硫
在烧高硫煤并需要脱硫时，可利用白云石废料，破碎到0-4mm的碎末，与煤一同送入炉内，流化床特有的燃烧方式可在Ca/S=2时大量降低烟气中SO2，脱硫效率可>80%，每吨煤只增加数元费用。
篇2
“生态系统中的物质循环和能量流动”是苏教版八年级《生物》下册第25章第二节,本节内容综合性较强,既涉及光合作用、呼吸作用、生态系统、食物链、食物网等方面的知识,又涉及能量流动和物质循环;不仅与生活和生产密切相关,又与全球的环境、资源密不可分。能量流动是一个比较抽象的过程,各营养级中能量的来源和去路比较复杂,学生理解难度相对较大。但八年级学生已具有一定的分析问题能力,又学过水(氧)循环以及生态系统组成等基础知识。另外,生活经验也提供给他们大量相关的信息,学生对生物学主题中与实际应用和社会问题相关的内容兴趣较浓,这是学习本节内容的有利条件。为此,本节教学以生态系统的能量流动及特点和碳循环过程作为重点,将生态系统能量流动的特点分析及能量流动和物质循环的关系作为难点,应用问题情境、阅读、小组讨论、比较和师生谈话等多种教学方法,引导学生主动学习,建构自己的认知体系。在教学过程中学习分析、总结,学会思考。教学设计如下。
2教学目标
2.1知识目标
描述生态系统中的能量流动和物质循环;描述生态系统中的能量流动和物质循环的特点;说出生态系统中能量的最初来源。
2.2能力目标
通过分析总结,培养运用科学知识分析和解决实际问题的能力;通过图片的观察,培养识图、观察和分析能力;通过讨论、交流,培养语言表达能力、小组合作能力。
2.3情感态度和价值观
正确认识人类作为生态系统中的一员在物质循环和能量流动中的作用,增强环境、资源意识,更加热爱大自然和保护大自然。
3教学过程
课前教师准备多媒体课件,学生预习本节课本内容,并搜索相关资料。
3.1引入
播放纪实视频“实拍灰狼欲捕食羊群,遭到牧民策马驱逐”片段,学生观察:在草原上,一只野兔遭灰狼的追逐最终被捕食,狼欲捕食羊群,遭到牧民策马驱逐。精彩、直观的视频展示引入新课,以激发学生兴趣。创设问题情境:能否说出草原上一条食物链?学生很容易回答:“草兔狼;草羊狼”等。进一步提问:兔(羊)的能量从哪里来?兔(羊)的能量到哪里去了?学生思考后回答……,那么生态系统的能量是怎样输入的呢?又是怎样传递和散失的呢?让我们一起来共同探究。
3.2生态系统的能量流动
提出问题:从上述的食物链中,大家知道了兔(羊)靠吃草获得能量,那么草的能量又从哪里来的?按以下步骤展开教学:(1)第一步指导学生阅读教材第一自然段文字,设置问题①生态系统的能量最初来源是什么?②能量进入生产者的途径是什么?③能量来源的起点是什么?④流动的渠道是什么?设置问题情境导读,引导学生思考、分析,可以提高阅读效率,教师鼓励学生大胆发言,激发竞争意识。(2)第二步尝试分析“草兔狼”食物链中的各个营养级以及所属的生物组成,学生分析后作汇报(如下),明确“营养级”概念。(3)第三步呈现课件“生态系统能量流动的示意图”并提出问题:能量是怎样流动的?有何规律?指导学生阅读教材第二自然段并分组讨论,教师可作为参与讨论者,与学生一起讨论。师生交流:输入第一营养级的能量,一部分在生产者的呼吸作用中以热能的形式散失了,一部分则用于生产者的生长、发育和繁殖。在后一部分能量中,一部分被分解者利用,还有一部分被植食性动物摄取,这样能量就从第一营养级流人第二营养级,以此类推……教师再问:能量从一种生物传到另一种生物,是不是百分之百传递?为什么?(不是,因为有一部分散失了)能量从哪种生物又流向哪种生物?(由被取食者流向取食者)在食物链中,能量流动能不能倒流过来?教师引导学生观察这条食物链中各营养级的排序是否可以变动(不能,单一方向)。能否总结能量流动特点?学生:逐级递减,单向传递。接下去,可展示“生态系统的能量流动”动画(配解说),丰富学生的感觉视觉,加深学生对能量流动的理解,有突破教学难点;继续展示“能量金字塔”,阐明其含义及特点……通过层层递进,引导和分析,使学生获得新知,进一步完善认知结构。
3.3生态系统的物质循环
过渡:生态系统能量流动伴随物质的循环,能量由太阳提供,物质由地球提供的,为什么生态系统中的大量物质,亿万年来没有被耗尽呢?是因为物质可以被循环利用的。教师引导学生写出光合作用和呼吸作用的公式,说明二氧化碳在此过程中的作用,从回顾旧知入手,通过知识迁移把新旧知识融会贯通。课件呈现“碳循环示意图”并指导学生分组讨论,思考每一个箭头代表的生理过程及物质名称,可设置思考题:①碳在大气中以什么形式存在的?②碳在生物体内以什么形式存在的?③大气中二氧化碳的主要来源?④地球上无数的生物每天都要消耗大量氧气并产生大量的二氧化碳,为什么我们没有缺氧?⑤尝试描述碳循环的过程。通过图片观察提高学生的识图能力,培养学生的观察、分析能力,在讨论和交流中,也锻炼学生的语言表达和小组合作能力。接着,播放“生态系统中的物质循环”动画,然后师生共同归纳碳循环的含义:碳(元素)循环是指生物(群落)与无机(非生物)环境之间进行的循环;碳循环的范围是全球性的,特点是全球性往复循环。引导学生继续探讨:物质是可以循环利用的,那么地球上的资源是不是用之不竭?乱砍滥伐和大量燃烧化石燃料对生态系统的碳循环有没有影响?你有什么建议?谈谈自己的看法。同学们各杼己见。课堂延伸引导学生利用新知识去解决实际问题,学以致用,同时也增强了学生的环境、资源意识。
篇3
所谓“问题引导”是指教师根据以往的教学经验和学生的学习需求，在对教学要求进行准确把握，即对材料的价值、目的、重点、难点、疑点及整体结构的准确把握，将课本知识分门别类、按层次由低到高归纳成有系统的“问题”（教学任务），明确学生原认知结构中不利于领悟新知识，形成新认知结构的“前概念”，使“问题”具有合理的高度和梯度。教师的“问题引导”十分必要，它是学生自主探究与合作探究的基础，也是发现问题、提出问题、产生“问题意识”的前提。
通过预设教学目标，加强问题教学，实施主动查漏等手段，对提高学生主动性学习能力略有成效。比如在生物学学习中对概念的学习就可以很好的“放手”让学生学习。生物学很注重基础概念的教学，正确理解基础概念是学好生物的前提。那怎么才能体现学习的主动性呢？比如在进行内环境的概念教学时，为了更好的体现学生主动性的提高，内环境概念的内涵就由学生自己进行分析讨论，教师只是给予一点提示即“由内环境是体内细胞生活环境出发”。再如，进行生态系统概念教学时，由学生对个体、种群、群落和生态系统进行比较，确定它们之间的内在关系和区别，更好的学习好几个概念，这样学习会在学生的内心深处留下深深的印记，达到概念教学目的的同时，让学生很好的参与到教学过程中，使课堂不再枯燥，使学习不再是“接受填灌”。在进行个别活动的同时也有集体活动。
在提高学生学习主动性方面，具体从一下几个方面进行操作：
一、目标明确，以问题贯穿全课堂，旨在提高课堂学习效率。
教学目标是师生通过教学活动预期达到的结果或者标准，是对学习者通过教学以后将能做什么的一种明确的具体的表达，主要描述学习者通过学习后预期产生的行为变化。设计明确的教学目标，有利于提高学习效率。同时，在明确教学目标后，要制定相关有价值的问题，以问题进行教学，会把学生都拉入到整个课堂学习中。比如，在“生态系统的物质循环”一节的教学中，要明确的设定“以碳循环为例，分析生态系统的物质循环”这个目标。学习的本节的目的是“可以对生态系统的物质循环进行分析”，既然是以“碳循环为例”，那提示学生：首先要解决的问题就是“碳循环是怎么回事”。所以，再针对碳循环进行问题设计，比如“碳通过什么生理过程以什么形式由无机环境进入到生物群落？”“在生物群落内部又是通过什么形式进行流动的？”等等。有了这样的教学目标，有了这样的问题设计，学生会很自觉的根据提供的问题，采用讨论、交流，有时候甚至是争论的方式进入到碳循环的学习中。这样，教学也就有导向，教学也才会有的放矢。实际上，简单地说，这是给学生明确了学习任务，避免他们无事可干，目的在于提高时间的利用率，提高学生课堂效率。
二、问题引领，以解决问题为课堂教学的核心。
实际上，可以把这一点归入到第一点中。问题是思维的起点。通过、强调利用问题来进行教学进行学习，把问题贯穿于课堂始终。这就是把问题看为学习的动力、起点和主线。要使学生不至于丧失学习兴趣，最好的方法莫过于让他们亲自体验和感受学习的乐趣。这种乐趣的获得最简单也是最直接的方法就是问题的解决。例如，在上述教学实例中，碳在无机环境与生物群落之间流动的形式是什么？如何在碳循环实例中区分生产者、消费者和分解者？这些问题都是进行问题教学的实例。学生通过这些问题的解决，既可以获取新的认知，又可以体验感受到收获的喜悦，同时这样的学习更会提高他们的表达交流能力。通过解决问题，可以促进学生的学习兴趣，刺激促进他们产生求职的欲望，在学习中获得快乐，在快乐中学习，形成良性循环，使教师教学、学生学习进入到良性轨道。
教师对问题的设置要具有开放性的特点，“题干”留有可供学生思考的余地，以利于学生大胆想象，提出具有个性色彩的、与众不同的思维方法或答案。问题设置的开放性还要求教师在设置问题的过程中，要充分吸收学生的意见，让学生参与问题形成、探究和解决的全过程，调动教学主体主动参与，以激发学生思维的主动性，实现由“教师带着教材走向学生”向“教师带着学生走向教材”和“学生带着教材走向教师”的转变。
三、典型例题重点训练，事半功倍。
典型例题是培养学生各种解题方法，思维能力的良好载体。在学生学习完某些知识后，要精选一些典型例题进行精练精讲。这样既可以强化教学内容，又可以避免学生陷入题海之苦。同时，学生练习反馈回来的信息又有助于调整教学进度，调整教学方式，便于在下一课，或者下一届中进行有效的具有针对性的改善，收到事半功倍之效。
当然，要改变学生现有的学习方式学习习惯，毕竟不是朝夕之事。同时，由于时间比较紧迫，教学任务繁重，老师要承担“三苦”，即备课难度大——艰苦；精神压力大——痛苦；体力消耗大——辛苦。在提高学生学习主动性的过程中，教师要对学生有足够信心。尤其是基础较薄弱点学生，学习能力不高，教师不敢轻易放手，以致于见效不快不够。另外，对于学习能力低的学生还存在一个共同点，就是他们都不喜欢与同学进行学习交流，因此实施主动性学习方案有一定难度。另外，教师更要钻研教材，钻研课标，使教学不偏不离；加强学法指导。俗话说，给学生一滴水，老师要准备一桶水。作为学生学习的组织者和引导者，教师要有从简单现象中提炼出事物本质的能力，能从一般中看到特殊，能从特殊中看到一般的能力。这是一个长期磨练的过程。如对“生态系统的物质循环”的教学中，要归纳概括出如何区别生产者和大气环境的CO2，以及分解者。
篇4
关键词：森林生产力；高分辨率DEM；立地条件；估算模型;马尾松;桉树
中图分类号：S718.556;S711文献标识码：A文章编号：1671 - 3168(2012)01 - 0018 - 05
Application of High Resolution DEM on Forest Productivity Estimation
WEI Jinli1,3, LING Ziyan1,3, CEN Juyan2, WANG Guobo1
(1。Geomatics Center of Guangxi, Nanning 530023, China;
2。Guangxi Forest Inventory and Planning Institute, Nanning 530011, China;
3。Geospatial Information Application Joint Laboratory of Guangxi, Nanning 530023, China)
Abstract: Taking Masson pine and Eucalypt as study examples, comparative analysis of Terrain factor surveyed or calculated by 1:10000 DEM was conducted, combined with tree age and soil factor, high resolution DEM was applied to build estimation model of different forest species' productivity, and the function of high resolution DEM in forest productivity estimation was discussed in this paper。 The results showed that: ①Terrain factor surveyed can be replaced by high resolution DEM calculated to establish model, which will reduce labor cost and support for forest ecosystem and carbon cycle research。 ② It's reasonable and feasible to establish Eucalypt productivity model with landform condition factors, but can't only take these factors to build Masson pine productivity model, and both of the species' models established by tree age and landform condition are better。
Key words: forest productivity, high resolution DEM, landform condition, estimation model; Masson pine; Eucalypt
收稿日期：2012 - 01 - 30.
篇5
一、合理运用插图，激发学生的学习兴趣
兴趣是最好的老师，学生有兴趣学习，才能变被动为主动，积极探索学习。在进行苏教版七年级下册《人体的消化与吸收》教学时，将插图“消化系统组成模式图”复制下来，以小组为单位，分发给学生，让学生边剪边记住图中器官的形态结构和名称，再让学生自己进行拼接，经过练习后，让学生进行比赛，在黑板上贴出各器官的正确位置，看哪组学生贴得又快又准确，将插图和游戏结合，让学生在娱乐中学到知识，不觉得枯燥乏味，寓教于乐。
二、合理运用插图，提高学生观察能力
在学习《植物光合作用场所》时需要观察叶片横切面，学生在教师提供正确的观察方法和必要的指导下，先进行实验，然后观察课本插图“叶片结构示意图”，进行对照、比较，并讨论各结构的功能，从而使学生对叶片的结构和功能有更深刻的记忆和理解，培养学生观察力的敏锐性和深刻性，对“结构和功能相适应”这一观点形成更为深刻的理解。
三、合理运用插图，增强学生对知识的理解和记忆
在学习七年级上册《植物细胞的结构和功能》、《人和动物细胞的结构和功能》时，学生对于生物体的细胞结构既感到好奇又不能完全理解，实验又不能观察到所有的结构（如线粒体等），细胞结构模式图则能实际、直观、科学、形象地展示生物细胞的微观结构，读图后对结构一目了然，在学生脑海中形成了形象记忆，通过读图，学生清楚认识了植物细胞中有哪些结构，动物细胞中有哪些结构，各结构的形态一目了然，学生容易记忆。并通过引导学生比较这两幅图，使学生明白动物细胞结构与植物细胞结构的相同点和不同点。相同点有：细胞膜、细胞质、细胞核，细胞质内都有线粒体。不同点：植物细胞有细胞壁、液泡、叶绿体，动物细胞则没有。这样学生也就理解了动物体与植物体不同的原因。如果教师再结合课文内容说明各结构的作用，就会使学生树立结构与功能相适应的生物学观点。
四、合理运用插图，训练学生的想象力
生物是一门自然科学，有许多看不见、摸不着的内容，学生对抽象的概念缺少感性认识，例如七、八年级生物教学中，都提到了生物主要的遗传物质――DNA，对于DNA的结构只有八年级具体介绍，但是对于具有空间结构的DNA来说，插图缺乏空间感和实物感，学生很难理解双螺旋的真正意思。因此，教师要展示插图，激发学生想象力，培养空间思维能力，让学生动手做出模型，再出示DNA分子模型进行直观观察，比较学生作品和模型的差别，使学生在头脑中形成准确的空间概念。
五、合理运用插图，启发联想
七年级下册《血液循环》中重难点较多，在学习动脉、静脉、毛细血管这部分内容时，首先通过比较插图中三种血管的形态结构，启发学生对其生理功能、位置、特点的联想等，然后通过设计表格，进行比较学习。
六、合理运用插图，化繁为简
八年级下册《生态系统中的能量流动和物质循环》中，插图“生态系统中的碳循环”比较复杂，箭头较多，学生不易弄懂碳元素是如何完成循环的。因此观察时，教师可以合理设计一些问题让学生思考：如碳从大气中通过什么途径到达生物？生物中的碳通过什么途径又回到大气中？绿色植物在碳循环中具体有什么重要作用。让学生自己完成教师布置的相关问题，完成方框内的填空，引导学生练习，即可变得简单，容易掌握。
七、合理运用插图，培养学生热爱科学、勇于探索的情感
七年级下册《血液和血型》一课之后的课外阅读材料《输血技术的探索》，教师在教学中应让学生充分感受科学家的思维方法、科学态度，让学生充分意识到科学创造与发明并不那么简单，要经过艰辛而漫长的过程，让学生理解科学发展离不开不断探索，在探索过程中会经历很多失败，但只要坚持下去不断探索，一定能攀上高峰。
八、合理运用插图，培养学生的语言表达能力
篇6
关键词 浓度目标; 温室气体; 排放路径; MAGICC模型; 累计排放量
中图分类号 X21文献标识码 A文章编号 1002-2104(2011)08-0095-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.08.015
长期以来，如何制定气候变化控制目标以及根据目标在国家间分摊温室气体(GHG)减排义务一直是国际政府间气候变化谈判的焦点问题。围绕这一问题，IPCC第四次评估报告［1］进行了相关研究，提出了6种稳定情景，但每种稳定情景中GHG排放及相应温升变化情况的不确定范围仍然很大。作为气候变化谈判的两大阵营，发展中国家和发达国家正处在不同的发展阶段，对气候变化控制目标的科学性以及稳定浓度目标下GHG排放路径的不确定性也存在着很大争议。事关国家利益，我国很多学者［2-7］对其进行了相关研究，但在稳定浓度目标下GHG排放路径的不确定性仍一直是一个热点和难点问题。
本文应用温室气体导致气候变化评估模型(Model for the Assessment of Greenhouse Gas Induced Climate Change, MAGICC模型)和WRE(Wigley, Richels and Edmonds)排放情景对此进行了初步的研究和探讨。考虑到国际社会对于各种气候控制目标的认可程度，本文选择将2100年GHG浓度稳定在450和550 ppmv CO2e的浓度稳定目标，对比了能够满足上述目标的IPCC稳定情景I、III和WRE350、450排放路径，应用MAGICC模型对WRE排放路径进行了调整和运算，以探讨和分析稳定浓度目标下GHG排放路径的不确定性以及浓度的变化情况。
1 MAGICC模型描述
MAGICC模型是一个连接了大气循环、气候模块和冰融模块的气候变化评估模型，是最早被IPCC用来预测未来气候变化的模型之一［8］。MAGICC模型可与大气循环模型连接以预测未来的GHG浓度，并通过一个上翻-扩散气候模型连接了5个箱式模型，结合热扩散结果即可模拟未来全球平均温度的变化情况。
1.1 排放情景
为比较未来GHG浓度和全球平均温度的变化情况，可在MAGICC模型的排放库中调用不同的排放情景。MAGICC模型包括了所有主要GHG的影响,表1给出了三种最为主要的GHG(CO2、CH4和N2O)在不同历史阶段的浓度和自工业革命以来产生的辐射强迫估计值。
1.2 运行机理
模型首先将从排放库中选择和编辑排放情景，之后对模型运行需要的参数，如碳循环水平和气候敏感度等进行设定，最后确定模型运行的时间和周期，其运行机理如图1所示。其中，碳循环部分分别基于1个海洋碳循环模型和4个箱式模型，其碳排放计算如式(1) ［9］所示：
2.123 dC/dt=Efossil+Dn-Socean-Sfert
① IPCC每种排放情景考虑最上限和最下限，WRE排放情景中NFB为不考虑气候反馈的情况。
刘嘉等：对稳定浓度目标下温室气体排放路径的探讨
中国人口•资源与环境 2011年 第8期其中：dC/dt是t年GHG的排放变化量，Efossil表示使用化石燃料造成的CO2排放量，Dn是排放计算的不确定量，Socean和 Sfert分别表示森林和海洋吸收的CO2排放量。这与IMAGEAOS模型和BERN碳循环模型是类似的，它们的碳排放计算式以及浓度与排放的关系式如表2所示。
由表2可见，这两个模型虽然碳排放计算有所不同，但其浓度变化都是将碳净排放或累计排放乘以转换系数得出。同样地，在MAGICC模型中，当大气循环和气候模型等参数设定之后，模型将调用排放情景并将大气循环、气候模块和冰融模块综合到模型软件包内，得到未来GHG浓度、全球平均地表温升和海平面上升的变化结果。
2 排放路径调整及结果分析
为将GHG浓度稳定到550 ppmv CO2e，IPCC报告指出全球CO2排放须在2010-2030年间达到峰值，而WRE排放情景则为2005-2015年，两者存在一定差距。图2是IPCC排放情景和WRE排放情景的比较情况。
由图可见，要想将GHG浓度稳定到更低的水平，CO2排放量需更早达到峰值并开始回落，且稳定水平愈低，出现峰值和回落的速率也更快，两个情景在总体趋势上均体现出这一特点。但在同样的稳定浓度目标下，如450和550 ppmv CO2e的GHG浓度稳定目标下，IPCC排放情景I和WRE 350排放路径以及IPCC排放情景III和WRE450排放路径出现峰值的年份范围均有一定差距。下面，本文
将应用MAGICC模型对WRE350和WRE450排放路径进行调整和运算，并对结果予以比较和分析。
2.1 排放情景说明
如前所述，各气候模型虽碳排放计算有所不同，但其浓度变化都是将净排放或累计排放乘以转换系数得出。因此，本文尝试在累计排放量不变的前提下，将WRE350和WRE450排放路径的峰值考虑到CO2是最主要的温室气体，为简化模型运算，本文对排放路径进行调整的峰值均指CO2排放峰值。年份分别予以调整。受篇幅所限，仅给出WRE450排放路径的调整过程：首先，将WRE450峰值出现的年份由原路径的2010年调换至2015年和2020年，而其他年值不变；其次，考虑到上述调整仅针对峰值时点，为进一步研究排放路径与浓度的关系，在累计排放量不变的前提下，将WRE450的峰值按照其原斜率水平外推至2015-2040年(记为WRE450’排放情景，以峰值年份区分，如图3所示)。WRE350也同样将其峰值进行外推，记为WRE350’排放情景。
由图3可见，为保证WRE450’累计排放量不变，新排放路径在到达峰值后需迅速回到原排放路径，并进行更大力度的减排，且出现峰值年份越晚，减排力度需更大。
2.2 模型运算结果
由模型结果可得，在第一步对WRE350和WRE450排放路径进行微调的情况下，目标年的浓度与原排放路径相比几乎不变。以WRE450为例，峰值为2020年与2010年相比，CO2浓度的最大差为0.1 ppmv，而2100年的浓度差仅为0.01 ppmv。下面，将主要分析WRE450’排放情景的运算结果，其CO2浓度变化情况如图4所示。
由图4可见，其浓度变化可分为三个阶段：首先，随着峰值调整逐渐滞后，其浓度变化将逐渐加剧；当排放路径到达峰值并迅速回落时，
其浓度变化也在达到最大值后逐
渐变缓并回到原浓度水平；最后，当调整后的排放路径在后期进行更大力度的减排时，浓度将低于原排放路径水平，且目标年的变化值要远小于浓度变化最大值。WRE350’排放情景的浓度变化情况也体现出同样的阶段性特点。
2.3 结果比较与分析
如上显示，将WRE350、450排放路径峰值推迟后，浓度在预测期内均有所增加，增幅取决于排放路径的调整力度，但目标年改变值较小。下面，对浓度变化的最大值与目标年改变值进行对比，如图5所示。
图5中所标数值分别为将WRE450排放路径峰值年份调整至2020-2040年时，与原排放路径浓度相比浓度变化的最大值和目标年的改变值（取其绝对值）。由图5可见，随着峰值调整时间逐渐滞后，浓度变化最大值逐渐加剧；目标年的改变值也体现出同样趋势，但仅为最大值的1/3左右。当峰值年份调整至2035年时，浓度改变的最大值为22-8 ppmv，而目标年的改变值仅为7-5 ppmv。WRE350’排放情景的CO2浓度变化情况也体现出同样特点，当峰值年份调整至2020年时，浓度改变的最大值为6.4 ppmv，而目标年的改变值仅为1.9 ppmv。
以上说明在累计排放量不变的前提下，对排放路径的调整对预测期内的浓度有一定影响，但对目标年的影响较小。这就可以解释为何IPCC和WRE排放情景虽然排放路径不同，但却能满足同样的浓度稳定目标。图6是IPCC和WRE排放情景累计排放量的比较情况。
由图可见，IPCC和WRE排放情景中相应排放路径的
累计排放量均在一定水平浮动。以550 ppmv CO2e的浓度稳定目标为例，它们在2000-2100年期间的累计排放量均在600 GtC左右。其中，WRE450排放路径在考虑和不考虑气候反馈情况下的CO2累计排放量分别为540 GtC和650 GtC， 均值为595 GtC， 在不考虑气候反馈的情况下所允许的碳排放空间可增加大约20%；而在IPCC情景III中，最下限和最上限对应的CO2累计排放量分别为450 GtC和720 GtC，均值为585 GtC。WRE350排放路径和IPCC情景I的对比也体现出如上特点，如图6所示。
综合以上，通过对稳定浓度目标下排放路径变化情况的探讨和排放路径调整后浓度变化结果的分析可知，目标年浓度的变化将取决于起始年至目标年的累计排放量和排放路径。当排放路径峰值逐渐调整滞后时，在后期进行更大力度的减排可使累计排放量在预测期内保持不变；而浓度在预测期内虽然将有所增加，但目标年的变化较小。考虑到我国正处于快速的工业化和城市化进程，尽管我国已明确制定了2020年单位GDP的二氧化碳排放量相比2005年水平降低40% -45%的减排自主行动目标，但由于特殊的发展阶段和能源结构，我国的碳排放绝对量在较长的一段时间内还将持续增长。根据各方面研究［11-12］，即使在低碳发展情景下，我国整体碳排放也需在2030-2035年才能达到峰值。如果我国能结合自身发展阶段特点争取延缓碳排放空间，使碳排放水平仍可以先继续缓慢增长，而在工业化进程完成之后再承担GHG减排义务，届时许多减排技术(如可再生能源发电和碳捕获与封存技术等)也将有望通过商业化进程降低成本并日臻成熟，这对我国未来能源、环境和经济的可持续发展是较为有利的。
3 结 论
如何制定气候变化控制目标以及根据目标进行碳排放权分配一直是国际政府间气候变化谈判的焦点问题。由于国际社会对气候变化控制目标的科学性以及确定目标下GHG排放路径的不确定性一直存在争议，使稳定浓度目标下排放路径的不确定性成为了一个热点和难点研究问题。本文应用MAGICC模型对WRE排放路径进行了调整和运算，对2100年GHG浓度控制在450和550 ppmv CO2e稳定目标下排放路径的变化及影响进行了初步的研究和探讨。结果显示，目标年浓度的变化取决于累计排放量和排放路径。将排放路径峰值逐渐调整滞后时，为保证累计排放量不变，需在后期比原排放路径进行更大力度的减排。浓度在预测期内将逐渐增加，但目标年的结果变化较小，约为浓度变化最大值的1/3左右。
考虑到气候变化科学中相关资料和数据的可得性，本文对此进行的研究和探讨是很初步的。进一步地对浓度改变将导致温升变化的探讨则更需考虑到辐射强迫、气溶胶以及气候模型中对气候反馈和气候敏感度等重要参数的设定，这个过程的不确定性将进一步变大。未来随着国际社会对气候变化研究中的不确定性等关键问题进行更深入的科学研究并达成广泛共识，可为此提供更坚实的科学基础和更新颖的研究思路。我国应紧密追踪气候变化科学中不确定性和最新进展并开展相关研究，力求在此基础上提出基于公平原则和自有研究成果的GHG排放路径。这将为发展中国家争取合理权益，使国家在气候谈判中把握主动，为我国在快速工业化和城市化进程中转变经济发展方式，迈上低碳发展之路赢得充分的准备时间。
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Study on the Greenhouse Gas Emission Pathways Aiming at the Stable Concentration Targets
LIU Jia CHEN Wenying LIU Deshun
(Institute of Energy, Environment and Economy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
篇7
一、学习进阶的内涵
1.学习进阶的定义
对学习进阶的探讨虽然在近十年内快速发展成了美国科学教育界的研究热点，但是至今仍未对学习进阶做出一个精准的界定。在经过对国内外文献的对比、研究后，总结归纳了几种大家普遍认可且具有一定代表性的观点：
(1)过程说。美国国家研究理事会(NRC)在2007年的《让科学走进学校：K-8年级科学学习的学与教》中将学习进阶定义为“随着时间的不断增加，学生对某一学习主题的思考和认识不断丰富、精致和深入的一种过程”；[2]Salinas也将学习进阶界定为“是一种学生对科学核心概念、科学解释以及科学实践理解与运用的认识不断完善、发展、深入的过程”；[3] Songer等人认为“学习进阶是学生对学习主题思考和探究推理的过程”。[4]
(2)本质说。密歇根州立大学Anderson教授认为“学习进阶的本质在于刻画学生特定心理结构的阶段性发展”。[5]
(3)方法说。Smith等人在探究了“物质与原子-分子理论”的教学之后，将学习进阶描述为“在学生学习的过程中，以内容领域为载体，联结不断、更加复杂、循序渐进的一种推理探究的方法”。[6]
(4)假设说。Duncan认为“学习进阶其实是一种假设，是一系列以实证为基础、可测试的假设，假设学生在合适的教学条件下，随着时间的推移，对核心科学概念、科学解释以及相关的科学实践的理解-应用能力逐渐趋于复杂的一种假设-验证过程”。[7]
通过研究者对学习进阶的定义，我们可以将学习进阶的内涵概括为：学生关于某一核心知识及相关技能、能力、实践活动在一段时间内进步、发展的历程，表现为特定知识、技能和能力的潜在发展序列。学习进阶的思想认为学习是一种不断积累、发展的过程，学生对核心概念的理解不是一蹴而就的，而是需要经过许多个不同的中间水平，而在一定的时间范围内，依靠恰当的教学策略，学生对这一核心概念的理解和运用便会逐渐发展、不断成熟，而这种发展变化也绝非是简单的线性、单维度的，而是多种因素相互联系、相互作用的结果。其中，学习进阶的起点是指学生已有的经验和知识，终点则多为社会对学生的期望，在两个端点之间存在的多个中间水平则是在大量实证研究基础上归纳而成的，主要用于描述学生对核心概念知识的理解是如何不断发展的。有学者将学习进阶的模型表示如图1。
2.学习进阶的特点
对学习进阶的掌握，实质在于把握其独有的特征。
(1)以学科融合为背景
学习进阶的设计和运用绝非是单学科所能完成的，它往往包含了科学教育、心理认知、人文科学等多方面的知识，是各学科之间相互联系、相互融合的结晶。如在对“碳循环”进行学习进阶的设计时，设计者要围绕着“碳“这一核心概念，展开诸如生物(呼吸作用)、化学(燃烧)、物理(质量增减)以及地理(大气循环)等多门学科的知识。多学科之间的共同作用，能够全方位、更深刻地揭示学生学习发展的规律和特点。
(2)以核心概念为中心
学习进阶是围绕着学科核心概念构建而成的，核心概念在学习进阶的设计中起到了“中心骨架”的作用。一方面，它能够统整学科中的许多知识、技能和事实，使知识形成体系；另一方面，借助于统整后的知识体系，学生能够组织、建构和扩展他们对科学的理解，从而达到解决问题的目的。与此同时，研究者通过观察分析学生构建知识体系和模型的这一过程，能够为学习进阶中间水平的划分和各个水平上学生发展特点的描述提供依据。
(3)以实证研究为基础
从对学习进阶的界定中可以看出，学习进阶是基于实证的假设，这就意味着学习进阶的开发是一个假设与验证、理论与实践不断交替、逐步完善的过程，这个过程既包括学习进阶框架本身的完善，也包括相关测评试题的修订和补充。
(4)强调进阶途径多样性
学习进阶的确定并不意味着学生发展轨迹的唯一性。相反，由于学生教育背景的不同、个体差异的存在等原因，其学习发展的路径也不尽相同，即便是同一个学习进阶，不同学生到达各个水平的时间，对每个水平上概念知识的掌握程度也不会完全相同。
3.学习进阶的核心要素
美国科学教育界普遍认为学习进阶包括进阶终点、进阶维度、成就水平、各水平的学业表现以及测评工具等五个要素。
(1)进阶终点。即学习目标，是指学生在毕业时所能达到的终极水平，它的制定主要是基于：①对学科概念的分析；②社会对公民的基本要求和期望；③更高水平教育的准入要求。
(2)进阶维度。主要是指学科核心概念或科学实践，研究者通过跟踪观察学生对核心概念掌握的情况或科学实践开展的程度来了解其整体的学习历程。
(3)成就水平。是设计学习进阶的重要组成部分，它用来描述学生学习发展过程中存在的不同阶段。在划分成就水平时需要注意两点：①将某一核心概念及其相似概念归纳为同一个水平；②划分的标准应既满足课标的理论要求，又要参照对学生现有学业能力进行实证研究的结果。
(4)各水平的学业表现。是指处于特定理解水平的学生在完成某类学业任务时所应有的表现，或者是该水平上学生表现的核心特征。
(5)测评工具。主要用于跟踪学生在预期进阶路径上的发展情况。
二、学习进阶的研究框架
学习进阶的研究是一项系统性的工程，主要体现在研究的时间跨度、研究数据的收集方式、数据处理的方法等方面。基于学习进阶是一种“假设-验证”的过程，当前美国学习进阶的研究框架主要包括理论假设和实证研究两部分，且已形成了较为成熟的框架模型。这类研究框架是以跨年龄层次的学生为研究对象的大样本研究，目的在于描绘不同年龄层次(或不同学段)学生的学习进阶。研究框架在概念确定之后，一般就遵循着“理论框架的假设-测试工具的开发-测试数据的处理-理论框架的修正”这种循环式的过程(见图2)。
图2 学习进阶的研究框架
目前，相对成熟的研究框架分别是“四基石模型”(Four-Building Blocks)和“结构中心设计模型”(Construct-Centered Design,CCD)。
1.四基石模型
四基石模型包括四个因素：结构图、项目设计、结果空间和测量模型(见图3)。
图3 四基石模型
结构图就是研究者最初关于学生对具体知识理解发展的理论假设，即预期的学习进阶；项目设计是指测试工具的设计；结果空间是指面对测试工具时学生实际的学习表现；测量模型的任务就是对测量所得的结果进行数据处理。四基石模型在过去十几年的科学教育研究中被逐渐用来开发学习进阶，运用它来研究的较为成熟的学习进阶有Wilson的"LBC"(Living by Chemistry)学习进阶、Anderson的“碳循环”学习进阶。
2.结构中心设计模型
2009年5月在哥伦比亚大学的美国教育政策研究财团组织的全美科学教育研讨会上，密歇根州立大学的Joseph Krajcik教授提出了全新的学习进阶研究框架——结构中心设计模型。该模型的提出是以学习目标驱动的设计和基于证据所开展的评价设计为前提，具体研究步骤见表1。[8]
结构中心设计模型有两大显著优势：第一，对于结构的拆解、预期学习进阶的确定等都做了详细的说明，并且能够结合已有的研究成果提供适宜的教学策略，具有较强的实用性；第二，将学生在各个水平成就上的表现证据与对进阶的陈述匹配起来，有利于后续的数据分析与框架修正。
除了上述介绍的两种较为成熟、极具代表性的学习进阶研究框架之外，还有诸如ChemQuery评价系统等，但由于这些研究框架仍处在研究的起步阶段，尚未经过实践的反复检验，为此我们不再进行介绍。
三、学习进阶的应用价值
学习进阶的应用价值主要表现在以下三个方面：
1.对于课程标准的价值
第一，有助于课程标准的有效实施。课程标准通常是基于国家要求、专家经验、社会普适价值观以及学科结构逻辑等多重因素而编制的，虽然目标明确，但由于叙述宏观，往往缺乏操作性。而学习进阶则详细描述了各个学科的核心概念、学生理解概念的典型步骤，并揭示了不同学段学生关于核心概念学习所需的前概念。不仅具有极大的可操作性，更为课程专家、教材编写者和教师设计有针对性的课程，以及学生下一学段的学习指明了方向。第二，有助于课程理论与科学实践的沟通融合。课程标准虽然明确指出了在科学实践中学生参与的重要性，但缺少详尽、明晰的操作方法，导致了教学与评价的指导意义大打折扣。而学习进阶则描述了学生理论与实践相互联系、相互作用的方式。事实上，学习进阶整合的课程本身就是基于大量的实证研究并系统综合分析、抽象概括而成，同时，整个课程还不断在实践中检验、修正和完善，这就为教育理论与教学实践提供了沟通的桥梁。
2.对于教师教学的价值
美国学者Hess就学习进阶对教师教学的意义和影响提出了自己的看法：[9]“第一，学习进阶使得教师关注学生对知识理解的发展变化，并开始分解学习标准，真正理解教学内容”。学习进阶描述了学生在对核心概念理解过程中所经历的多个中间水平以及各个水平上的成就表现，教师能清楚地了解到终极目标该如何分解细化、前后连贯、层层递进地设置于不同的学段之中，才能使学生对科学概念的理解沿着既定的轨道不断深化、拓展。“第二，学习进阶研究促进教师之间的合作，这种合作使得教师对教学的理解更加深刻”。即便是学习相同的科学概念，针对其设计的学习进阶也不尽相同，加之学习进阶的设计本就是一个理论不断修正和实践不断检验的过程，这就需要教师之间要经常就学习进阶过程中所遇到的现象、问题进行交流探讨，在不断的沟通中，加深对教学的理解。“第三，教师认识到学习进阶是循序渐进的，教学不能只看到最终目标，而是一步一步地去达成子目标”。学习进阶的中间过程类似于楼梯逐级上升的台阶，各个台阶象征着学生在不同的年龄阶段能达到的不同水平，而这种“上升的台阶”实质上也是学生心理发展的过程，这就要求教师在教学过程中应遵循学生身心发展的客观规律，将终极目标“化整为零”，即细分为各个年龄段的子目标，让学生在达成子目标的过程中稳步前进。
3.对于教学评价的价值
学习进阶提供了一种用来评价学生概念发展的模型，该模型揭示了学生概念的发展是一种由简单到复杂而不是由错到对的过程。[10]因此，基于学习进阶的评价对标准、教学等均具有全新的意义。第一，学习进阶对各个成就水平上的表现进行了细致描述，这种描述不仅将课程标准具体化，而且让课程标准与评价项目之间的关系更加清晰，这就为有效地开展课程评价奠定了基础。第二，学习进阶的设计和完善过程实际上是区分各个成就水平的过程，这就必然需要科学教育工作者、测量专家甚至一线教师的共同参与，也就极大地促进了课程与评价的一致性。第三，学习进阶呈现了学生概念发展过程中的各种限制因素，这就为开发与设计学段终结性评价工具(试卷)提供了重要的参考指标，即是否达成学习进阶上相应学段的要求将成为影响更高学段学习效果的重要因素。[11]
四、学习进阶对我国科学教育研究的启示
对学习进阶的研究能够为我国科学教育的理论研究和实践探索带来许多极具价值的启示。
1.高屋建瓴，开启纵向研究范式
学习进阶的研究多属于纵向研究，其时间跨度一般都比较大(如“碳循环”小组的研究时间已持续了八年)，纵向研究的目的在于挖掘各种干预因素对研究对象的影响，其优势在于研究结果由于经过了实证检验，往往能够真正促进日常教学活动的有效开展。这就启发了我国的科学教育研究工作者应该高屋建瓴，用更加长远、更赋结构化的眼光系统地进行课程、教学和评价的设计，开启全新的纵向研究范式。例如可以将研究的焦点从关注单课时教学到关注单元整体教学、基于模块整体的教学、跨必修和选修、跨年级以及跨学段的层级发展。
2.改变视角，引领测评探究新方向
学习进阶更多的是关注学生在不同学段上具体的学习表现，这给了我国的教学研究极大的启发。教师在日常教学活动中应改变视角，从微观处着眼，留心学生在学习过程中出现的一些不易被察觉到的“小错误”、“小反常”，认真分析其背后的深层原因。分析原因的目的在于：一方面，能够为教师积累教学经验，为后续教学的有效开展打下坚实的基础；另一方面，能够让广大教育研究工作者意识到，在学习进阶中测评工具对于分析学生成就水平、解释学生学习行为等方面的重要性。这就为日后我国教学研究中测评工具的开发、测评标准的设置、测评内容的选择指明了新方向，即测量评价系统不应只局限于对学生学业结果的评价，更要将其与学生学习中的具体表现结合起来，用于解释不同学段学生异常学习行为背后所反映出来的知识和能力水平。
3.多维合作，构建教育科研共同体
事实上，学习进阶的设计过程就是多领域、多学科、理论与实践互相沟通、交流，不同思想、不同智慧碰撞、交锋，最终融合的过程，这也是一个多维合作的过程。如“碳循环”学习进阶设计的研究团队就包含了科学家、大学教师、中学教师、小学教师、学生、心理学教授、评价专家、课程编制专家、教育理论研究者、历史学家等不同领域的人员。遗憾的是，这样的研究共同体在我国还不多见，因此应该倡导在日后的科研过程中汇聚各领域人员，集思广益，构建研究共同体，从而提升教育科研成果的质量和普适性。
篇8
关键词：变频器；恒压供水；节能效果
中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）06-0130-02
一、概述
川化股份公司气体厂二氧化碳车间处在公司优化生产的边缘，生产过程中设备开停频繁，负荷变化波动大。而二氧化碳装置的设备以水泵、压缩机、冰机等大功率、高能耗设备为主。据统计我厂二氧化碳产品的电耗成本占总成本的50%左右。如何减少电能消耗，降成本，成为摆在我厂工程技术人员面前的一大难题。
通过长期的观察与分析，我们发现二氧化碳循环水系统有较大的节能潜力。循环水系统有离心水泵3台，两大一小，大泵的电机额定功率为75kW，小泵的电机额定功率为22kW，其运行方式为：二氧化碳以50%和75%的负荷生产时，循环水开一台大泵运行，两台大泵一用一备；以100%的负荷生产时，循环水开一台大泵和一台小泵运行。由于季节和生产负荷的不同，系统有较大的负荷变化，在二氧化以碳两机、三机生产时，75kW大水泵存在较大的富裕量。
二、节能措施
变频调速恒压供水技术是近几十年迅速发展起来的较为优越的新技术，因其节能效果明显、调速曲线平滑、调速过程简单、安全可靠、保护功能齐全、起动性能优越、自动化程度高等特点而得到广泛运用。
（一）水泵变频节能原理
感应电机的转速n与供电频率f有以下关系：
P――电机极对数；
S――转差率。
不改变电机的极对数，只改变供电的频率，电机的转速成正比例变动。而泵是一种平方转矩负载，其转速n与流量Q扬程为：水泵流量Q与水泵功率N的关系式如下：
Q1/Q2=n1/n H1/H2=（n1/n2）2 N1/N2=（n1/n2）3
上式表明，泵的流量与其转速成正比，泵的扬程与其转速的平方成正比，泵的轴功率与其转速的立方成正比。即水泵消耗的功率与供电频率的三次方成正比。因此，只要对电机输入频率进行微小的调整，即可使电机的耗电大降低。例如：将电机的频率由50Hz降到45Hz，电机转速降低10%，电机的功率却降低了27.1%。
（二）二氧化碳循环水系统的节能点分析
1．电机余量至少10%；
2．生产负荷的变化决定节能空间，该系统50%和75%负荷的运行方式相同，各占总运行时间的40%，至少在50%的负荷下水泵存在耗能浪费现象；
3．季节变化、负荷变化对水压需求不同，该系统采用人工调节阀门的方式进行控制，增加管阻存在耗能现象；
4．负荷变化在实际生产中并没有要求控制闲暇设备的进水、出水阀门，造成水泵的能耗浪费。
（三）变频节能的改造方式
本着投资最优，见效最好、最高的基本原则，我们选择一台75kW的大水泵进行变频改造。变频改造的结构图如下：
本系统采用恒压供水模式，利用变频器内置的PID对管网水压进行闭环控制，系统设计和使用时注意以下四个方面：
1．最低水压的设置必须保证系统的正常运行，保证每个用水负荷不发生因水压低而跳车的现象；
2．负荷变化、环境温度变化应结合工艺摸索最佳水压控制模式；
3．应关闭未运行负荷的进水、出水阀；
4．系统运行时，应将运行水泵后总阀全开。
三、变频调速、恒压供水控制系统的压力控制原理
变频调速、恒压供水控制系统的压力控制原理图如下：
恒压供水的控制原理为：当某一时刻，因系统用水量增大，而导致供水管网压力降低时，压力变送器SP的输出信号减小。调节器PID的输出信号增大，使变频器频率上升，电机转速升高，水泵流量增大，供水管网压力增大。当某一时刻，因系统用水量减小，而使供水管网压力增大时，压力变送器SP的输出信号就增大，调节器PID的输出信号减小，使变频器频率降低，电机转速降低，水泵流量减小，供水管网压力减小。从而实现管网压力的自动调节，使其始终保持恒定。变频器的控制原理图如下：
系统采用了工频、变频两套控制模式，在变频器出现故障时，可手动转换为工频运行，保证正常生产，还设置了本地、远程操作模式，使操作方便、可靠。对工频、变频系统还设置了软件、更件双重连锁，确保设备安全。系统还采用了专业高精度PID调节表对水压进行调节，操作便捷，稳定。保证水压恒定和生产需要。
四、节能效率
改造完成后，我们在二氧化碳装置两机生产时，用多功能电能测试表分别对该水泵工频运行和变频运行情况下进行了72小时节电性能测试。
1．工频运行72小时：2010年12月30日1430时致2011年1月2日1430时，电表读数起数166，止数237.3。供耗电71.3×200/5=2852度。
2．变频运行72小时：2011年1月2日1430时致2011年1月5日1430时，电表读数起数237.3，止数275.8，供耗电38.5×200/5=1540度。
节电效率计算如下：
节电效率=（1-变频耗电度数/工频耗电度数）×100%
=（1-1540/2852）×100%
=46%
五、结语
篇9
关键词：温室效应； 森林碳储量； 人工林
中图分类号：Q945.11
文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10013303
1 引言
温室效应是因大气里温室气体增加导致大气层透过捕捉辐射使不同部分地区的气温相对稳定的效应。对环境、人类健康与经济发展都具有严重的影响，威胁人类生存[1]。大气中二氧化碳含量过多是温室效应的基本特征之一，森林生态系统可通过光合作用将其转化为有机碳，并固定于植物体中或土壤中，缓解温室气体的累积[2]。目前，由于人工林的大力栽培，森林覆盖率都在不断增加，其碳循环是主要研究领域。实践证明，人工林也具有极好的固碳能力，其在CO2吸收和固定等方面的作用也越来越受重视[3] 。
2 森林碳储量研究意义
随着CO2浓度增加导致气温的上升，森林碳储量的研究意义越来越重要，已然成为国际研究热点之一。森林是地球之肺，对气候调节起到至关重要的作用，是最为经济的吸碳器，利用森林固碳具有投资小、代价低及综合效益大的特点，能同时满足经济效益、社会效益与生态效益的可行性。森林是陆地生态系统储存碳量的主体，约储存10000亿t有机碳，占整个陆地生态系统的2/3。由此可见，森林固碳作用非常明显，能有效缓解温室效应的累积。
森林作为陆地生态系统中最大的有机碳库，对社会的贡献极为重要，但其发展过程具有漫长性及波折性。由于人类社会对木材的需求量正在不断的增大，天然林的面积大幅度减少，森林总量急剧下降已成为国际关注热点问题之一。随着1994年《气候变化框架公约》的生效，《京都议定书》的出台以及《波恩政治会议》的诞生，逐步推动了森林碳汇的地位。因此，研究森林碳储量有着重大意义，既能促进人类对森林作用的认识，提高人们对森林的保护作用，又能有效缓解温室效应的危害。
3 国内外森林碳储量研究进展
正因碳储量的研究对人类社会具有重大贡献，长期以来，世界各国对森林生物量进行大量的研究。最早的研究始于德国对几种森林的树枝落叶量和木材重量的测定[4]。20世纪50年代，日本、英国和前苏联均对本国森林生态系统生物量进行大量的资料收集与实地调查[5]。之后的欧洲、美国、俄罗斯以及巴西等地均分别对本国森林碳平衡及其与全球碳循环之间的关系进行了详细的研究，有关植被碳储量的研究有较大突破；美国、俄罗斯以及加拿大对森林碳储量的研究关注度极高[6]。国外对森林碳汇成本的研究也有着丰富的经验。丹麦、英国、澳大利亚、加拿大和挪威等发达国家成立CO2减排交易体系，促进森林碳汇市场的发展[7]。荷兰于20世纪90年代初成立森林碳吸收基金会，其成功带来了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。此外，发展中国家如马来西亚、阿根廷、俄罗斯、巴西、智利和墨西哥顺利开展CDM森林碳汇项目，为经济、社会和生态效益带来巨大利益。为了满足社会经济的发展需求，越来越多的国家参与到碳汇项目工作，促进森林可持续发展。
近几年来，我国对森林碳储量的研究也日益蓬勃。我国的研究始于20世纪70年代，但研究热忱并不亚于国际发达国家。20世纪70年代，李文化等[8]建立了一些树种的相对生长方程，测定植被生物量和估算森林生物量。然而，此时森林碳储量并未受到重视，1958年的大练钢铁运动导致森林大面积减少，生态系统遭到严重破坏，有研究结果表明，我国森林碳储量以及碳密度在20世纪70年代前呈现负增长[9]。王效科等[10]根据全国第3次森林资源的普查资料，计算了中国森林生态系统的植被碳储量为占全球的0.6%～0.7%，指出了森林生态系统植被碳密度在各森林类型间差异比较大，与我国人口密度的分配特征刚好相反，从东南往西北方向呈递增的趋势，反映出人类活动对森林碳密度存在极大的干扰。此后，刘国华等[11]利用森林资源清查数据研究我国17年（1977～1993年）森林碳储量动态变化时发现森林含碳量呈递增趋势变化。因此可知，我国是一个森林碳储量大国，森林碳汇的潜在能力需大力挖掘。
4 人工林碳储量的研究进展
4.1 纯林碳储量的研究
由于对木头的需求，而原生态森林完全不能满足对人类的供给，随着社会经济发展及生态环境的压力，于300多年前，人类已开始对森林进行培育。18世纪，德国已大面积栽培针叶人工纯林。然而，大规模人工森林培育始于20世纪50年代。且以定向、速生、丰产、优质、稳定和高效为特点人工纯林为主，以期缓解对木材的需求。基于目前现状，对人工纯林碳储量的研究也是发展的必然趋势。当前，已有大量研究证明人工纯林也具有较强碳汇能力。刘婷婷等[12]在2009年研究杨树人工林生物量及其碳储量时则认为人工林具有较大的碳汇潜力。马炜等[13]人在研究不同林龄长白落叶松人工林碳储量时得出同样结论，碳汇潜力巨大。陶玉华等2011年在研究马尾松、杉木以及桉树人工林碳储量动态变化时认为，马尾松以及杉木人工林均有较好的储碳功能[14]。此后，其在研究马尾松和杉木人工纯林碳储量时得出相似结论：并且认为马尾松的储碳能力随着年限的增长而增加，杉木则是以中龄林的储碳量大于成熟林[15]。
由此可见，人工纯林也有较好的碳汇能力，选择合适的树种，合理经营，均会产生较好的生态效益。但是，人工纯林也存在一定的弊端，栽培人工林多以用材树种为主，且轮伐时间较短，当达到轮伐期后，生态效益则会下降，不能同时兼顾经济效益与生态效益双赢。
4.2 混交林碳储量的研究
长期栽培单一树种的纯林，生物多样性单调，导致立地衰退和森林生产力下降，不利于可持续发展。且有实践证明，长期连作多代纯林致使其碳储量下降。因此改变人工林营造模式成为探讨的重点问题，混交林生物多样性复杂，有效合理利用空间资源，增强林分抗性，减少病虫害的发生。现我国对人工复层林生物量、碳储量的研究也日益兴起。樊后保等[16]人实验证明，生物量的空间结构在马尾松纯林和马尾松-阔叶树混交林之间存在明显差异 ，混交林生物量分配比例明显大于马尾松纯林。赵凯等[17]比较福建柏纯林、火力楠纯林和福建柏c火力楠混交林的碳储量时得出结论，混交林生态系统碳储量高于纯林。刘恩[18]在研究我国热带林业实验中心人工林碳储量时发现，混交林碳储量大于纯林。叶绍明等[19]在研究桉树与马占相思人工复层林也得出一致结论，混交林碳储量大于桉树纯林。董林水等[20]研究证明荷木与马尾松比较可大大提高混交林生态效益与经济效益。
由此可见，混交林能促进生态系统的稳定性，研究混交林的碳储量，既能对立地条件起到改善作用，促进生物多样性的发展，也能有效缓解温室效应的产生，为经济效益以及生态效应带来双重利益。但当前的对混交林研究存在局限性，加强混交林的碳储量研究也将成为今后的重点工程。
5 总结与展望
随着原生态林的不断减少，人工纯林大面积栽培，其结构简单，导致生物多样性的降低，易发生病虫害，林地立地条件不断下降，阻滞森林可持续经营发展。目前，混交林的研究还尚处在生长期中。因此，以林学原则为基础，改变经营模式，加强对碳储量的研究，才可从根本上解决问题。故提出以下几点展望。
（1）以多元化经营模式改造人工林，将传统的人工纯林进行更新换代为以混交林为主，纯林为辅的经营模式。其次，避免连作模式经营，大力发展轮作栽培。既能维持生物多样性，保持立地条件的平衡，满足社会对木材的需求，又可保证碳循环的正常运行。
（2）大力发展经济林。经济果树林的栽培，不但能有较好的储碳能力，且能增加群众的经济收入，保证经济效益与生态效益的双丰收。
（3）利用新技术，研发培育新树种。选择速生特性与较强的碳汇树种进行杂交育种，既能满足速生、丰产、优质、稳定和高效的特点，又有较强的碳汇能力。实行多国合作模式，将优势树种互相引进栽培，实行互补原则，既能减缓解温室效应，又能降低对木材日益供给的紧张。
（4）封山育林，避免非法毁林。森林有极强的碳汇能力，也是极为容易发生火灾的因素之一。加大力度保护生态公益林，同时大力宣传，防止滥砍滥伐，避免火灾发生。
可见，研究森林生态系统碳储量是对人类社会的巨大贡献，加强保护森林质量，研发高储碳、高质量木材树种， 满足社会需要及生态效益多元化，保证森林可持续发展。
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篇10
关键词：水溶性有机碳（DOC）；土壤呼吸强度；CO2释放量
中图分类号：S153.6 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）15-3528-03
陆地生态系统碳储量及变化在全球碳循环和大气CO2浓度变化中起着重要作用[1，2]。在陆地生态系统中，土壤碳储量可占到植被的4倍，土壤碳库的动态变化过程包括土壤有机碳矿化和土壤腐殖化过程，对全球碳循环研究较为重要。土壤中水溶性有机碳（DOC）仅占土壤碳库中很小的一部分，但却是其中一种重要的、活跃的成分，它影响着土壤有机质的矿化过程[3]。由于土壤中固态物质较难被微生物降解，而DOC较易被利用，土壤有机碳在矿化前需要经过一个过程，即通过解聚和溶解加入DOC，才能被微生物有效利用[4，5]。DOC为土壤有机碳的矿化提供必要场所，因此在土壤有机碳矿化过程中具有重要意义。
DOC主要来源于枯落物、微生物、腐殖质及植物根系分泌物[6]。土壤表层DOC来源丰富、周转速度快，研究发现在土壤表层有93%的DOC被矿化，而在土壤深层仅有10%～44%的DOC被矿化[7]。由此可见，DOC在不同深度的更新速率、化学性质存在着差异。目前DOC对土壤碳的矿化及其造成的土壤CO2释放量变化的影响研究较少，研究不同深度DOC在土壤呼吸过程中所起到的贡献有一定意义。此外，气候变暖的大趋势下全球降水的空间格局正发生着变化，有研究发现近年来中国西部的降水总量虽然逐年减少，但强降水次数却有增加趋势[8，9]。高强度降水加大了土壤中DOC的淋溶强度，而DOC淋失后土壤呼吸强度的变化与全球温室气体含量有直接关系。由此可知，DOC对土壤呼吸强度的影响评价研究十分必要。本研究对刺槐林下不同深度的土壤进行去除DOC预处理，运用碱液吸收法测定59 d室内培养过程中CO2释放量，分析DOC在土壤呼吸中的作用，旨在评价DOC对土壤呼吸强度的影响程度。
1 材料和方法
1.1 材料
土样采自陕西省安塞县纸坊沟流域31年生刺槐林，样地海拔1 296 m左右，刺槐胸径23.8 cm，高度15～20 m，郁闭度0.75～0.80，间距4 m×4 m，坡度坡向为21.4 /SWW。林地下部草本植物主要由铁杆蒿（Artemisia gmelinii）、茭蒿（Artemisia giraldii）、达乌里胡枝子（Lespedeza dahuvicus）、长芒草（Stipa bungeana）等组成。挖掘3个剖面坑采集（20±2）、（40±2）和（60±2） cm深度土样，同深度土样均匀混合后，取1 000 g带回实验室在冰箱内保存。3深度供试验土样总有机碳含量/活性碳含量分别为2.45/0.16、1.98/0.11、1.78/0.06 g/kg。
1.2 方法
称取6组20、40和60 cm深度土样50 g分别放入18个250 mL洁净锥形瓶中，每组包括3深度土样各1个。其中3组在培养前进行去除DOC预处理，称取1 mm筛风干土样50 g放入预先称重的250 mL锥形瓶中，加入去离子水150 mL，在25 ℃下振荡1 h，静置5 h后小心抽去上层水分，称重并调整瓶内水土质量比为1∶1。
另3组土样装入锥形瓶，加入去离子水，调整水土质量比为1∶1，敞口放置两天以恢复微生物活性。将装有5 mL 0.4 mol/L的NaOH溶液的10 mL离心管小心斜靠在每个锥形瓶内，用橡胶塞密封锥形瓶后在（25±5） ℃的培养箱黑暗状态下培养，培养前一周每天通气一次，每次30 min，通气过程中注意关闭离心管塞。2～3天随时收集离心管中的碱液，并重新注入同量碱液。抽出的吸收液加2 mL 2 mol/L的BaCl2，摇匀后以酚酞为指示剂，用0.1 mol/L HCl滴定，中和未耗尽的NaOH，通过HCl消耗量来计算CO2的物质的量。培养后期根据前次碱液残留量估算碱液提取间隔，设置一空白锥形瓶做参照。培养时间为59 d，结果取同处理下3组的平均值。
2 结果与分析
试验结果显示（图1），20 cm土样培养过程中去除DOC土样CO2释放量明显少于原土样，59 d后去除DOC土样CO2累积释放量下降了30.1%；40 cm土样培养初期去除DOC土样CO2释放远小于原土样，培养5 d时CO2累积释放量去除DOC样品下降了69.5%，但在培养第8～59天，去除DOC土样CO2释放量增加并最终高于未去除DOC土样，第59天去除DOC土样的CO2累积释放量上升了48.7%；60 cm土壤在59 d培养过程的CO2累积释放量在两个处理间无显著差异。
3 结论与讨论
土壤中有机碳在矿化前要进行解聚和溶解，即在释放CO2前必须先进入土壤溶液[3]，DOC分解的难易程度决定了CO2释放量。去除DOC土样在培养过程中土壤有机碳（SOC）逐渐矿化分解，一部分产物补充了DOC的缺失[10]，因此对比分析的结果决定于原土样DOC和处理样SOC产生DOC的性质差异。本研究中DOC的去除减弱了微生物降解能力，进而抑制了微生物的繁殖，导致土壤呼吸强度减弱[4]。这种趋势在土壤浅层表现得尤为明显，培养过程中SOC分解产生的DOC并不能维持原有的CO2释放水平；随着土壤深度的增加，土壤样品微生物量和SOC活性逐渐下降，培养过程中SOC新分解DOC产物能够维持甚至超过原有CO2释放水平，造成40和60 cm土样没有明显下降表现[11]。在自然环境下，浅层土壤枯落物碎屑、腐殖质含量较高，微生物活动较为活跃，导致DOC来源丰富且性质活跃较易分解，而深层土壤中有限的微生物含量导致DOC以较小的速率变化。
对陕西黄土高原地区降水变化进行研究发现，从二十世纪九十年代末期以来，陕西省日降水量大于25 mm的强降水日数有增加趋势[10]，在强降水过程中，冲刷作用减弱了表层土壤呼吸强度。由于降水的冲刷作用对深层土壤的影响有限，深层SOC较难受到高强度的冲刷淋洗，表土层SOC呼吸强度的变化可能造成土壤强降水后呼吸强度的减弱。目前，DOC的移除对土壤呼吸的影响尚无一致的结论，尽管本试验发现在20 cm表土层CO2释放量变化明显，但40和60 cm在培养过程中没有出现一致的变化特点，显示了降水淋失对土壤呼吸强度影响的复杂性。
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