碳循环描述范文

导语：如何才能写好一篇碳循环描述，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。

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关键词：湿地生态系统；碳循环；研究进展

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）06-0121-05

Research Progress of Carbon Cycle in the Wetland Ecosystem

Liu Zhaowen

（School of Resource and Environment，Anqing Normal University，Anqing 246011，China）

Abstract：Wetland ecosystem is one important carbon stock of the terrestrial ecosystem.In this paper，there was a detailed summarization of influence on carbon cycle in wetland ecosystems on those factors，such as the climate，hydrology，biological communities and human behaviors.Meanwhile，existing research methods of carbon cycle in the wetland ecosystem was introduced in detail and an outlook of carbon cycle in wetland ecosystem was also given here.

Key words：Wetland ecosystem；Carbon cycle；Research progress

引言

湿地生态系统的碳循环是指由湿地生态系统所吸收的碳量及所制造和排放的碳量，其主要体现在二氧化碳、甲烷、土壤有机碳含量、可溶性有机碳含量等方面。湿地生态拥有强大的碳库存储能力并且因此成为碳循环的重点研究对象。通常来说，湿地生态系统由于较低的有机质分解速率和较高的生产力成为了重要的碳汇。但是在对其进行大尺度评估的过程中却存在着显著的不确定性。湿地生态系统当中的植物利用光合作用可吸收外界二氧化碳变为自身能量，而通过调节气孔行为，植物可实现与大气环境的气体交换，从而影响周边环境的水分及碳循环。甲烷主要来源于湿地，不同研究报道中所的湿地生态系统中CH4的释放量存在显著的差异，导致这一差异的原因就是在于不同地理位置、不同类型的湿地对于CH4的排放有着很大的影响。湿地甲烷的释放量主要取决于水体或是土壤的溶氧量，且环境含氧量越高，甲烷的释放量越少。湿地土壤的有机碳含量较高，极大地影响了全球大气碳循环，同时巨大的有机碳汇量也会对温室气体的排放产生影响。此外，可溶性有机碳也是湿地生态系统碳循环的重要组成部分。然而，在当前气候变化、水文条件改变的情况下，其对湿地生态系统碳循环过程有着什么影响？要研究这一问题就需要对湿地碳循环的特点、湿地水文过程与碳的输入输出，湿地碳循环及其影响因素以及湿地碳收支的研究方法进行研究。

1 湿地碳循环

1.1 湿地类型 湿地生态系统复杂多样，湿地碳循环特征的描述很难统一[1-4]。湿地碳循环示意图如图1，

湿地与森林海洋并列为全球三大生态系统[5]。湿地是大气中二氧化碳等温室气体的重要碳汇[6-7]。湿地面积虽然只占据全球陆地面积的4%～6%，但是其却包含着全球30%左右的碳[8]，是全球最大的碳库[9]。泥炭地是湿地当中最常见的地型，也是当前研究较多的湿地类型。泥炭型湿地主要分布于北半球的中高纬度地区，其面积约为全球湿地的50%～70%，总面积超过4×106km2，其碳储备占全球土壤碳储备的33%左右。北半球泥炭型湿地的碳积累约为每年20g/m2，低于其他类型湿地。但因泥炭型湿地拥有巨大的碳储备，若气候条件发生改变，其可能会成为大气环境碳的主要来源[10]。按照国际上的《湿地公约》分类，湿地一般分为海岸/海洋湿地、内陆湿地、人工湿地三大类，其碳循环情况如表1所示。

海岸/海洋湿地一般分布在海陆相交区域，在不同气候带，因温度、降水、蒸发、风等因素不同，风化作用的表现有所差异，进而影响到海岸你的发育演化，并使海岸发育具有一定的地带性；内陆湿地分布范围较广，像高山与平原，大陆与岛屿，湿润区与干旱区等，其因分布在不同的地理位置气候条件存在较大差异。淡水水体湿地是另一种重要湿地类型。通常来说，淡水水体湿地有湖泊、池塘、河流沿岸、水库等。据较早研究表明，湖泊属净碳汇，而据近些年研究发现，湖泊也属碳源。据相关研究表明，湖泊所贮存的有机碳大概为每年0.036Gt，全球湖泊所沉积的有机碳大概为0.051Gt，其中有0.035Gt源于大气二氧化碳[11]；人工湿地分布范围也比较广，其气候温和，一般适宜人居和人工养殖等。

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当今世界，人们不仅要实践生态文明，更要领悟一个道理，即人类经济活动只是地球生态系统的一部分。几百年前，人们第一次发现大地是球形时，便不断探索新型技术和新奇的可能性。但是在日常生活中，人们却拘泥于狭隘的经济学模型。这些模型是200多年前，由经济学家通过对简单农业、家庭手工业甚至原始狩猎的案例研究建立起来的。由此，经济学家制造出一个假象——人类供需关系是宇宙的核心。

由于发表货币理论、制定货币相关法律法规的人们有利可图，所以他们并不情愿打破这一假象。他们一直将环境问题看作干扰盈利的负面因素。然而，如今人们已经领悟到，所谓人类核心的生产与消费循环，只构成地球整体环境系统的一个小齿轮。经济学所谓的生产与需求的循环流，从属于地球自然界的循环，尤其是碳循环。

在诺贝尔经济学奖得主萨缪尔森编著的最为著名的教材中，经济学科的核心是一张图，图的名称是“宏观经济的循环流动”。由于人类生产的商品和服务非常多样化，因而此图只用价格进行统一描述。将所有价格相加，即得国内生产总值（GDP）。从相反的箭头可以看出，工资、租金、盈利等相加即为国民收入，与国内生产总值数额一致。

而在经济学之外的世界中，联合国近200个成员国已成立政府间气候变化专门委员会（以下简称IPCC），召集成千上万的研究者，试图更好地理解备受人类摧残的整体环境系统。在此过程中，人们对碳循环愈发重视。每年大约有2000亿吨碳原子排入大气，同时植被、土壤和大海吸收的碳原子数目与之相等。与此同时，现代经济活动致使每年碳原子排放量新增100亿吨。

直至今日，对环境的实际测量（IPCC以碳原子吨数为测量单位）很难同经济活动（以美元为测量单位）相协调。一些研究者试图将能源会计学方法应用到经济过程中，来弥补这一缺陷。最好的策略为，不仅估算经济活动直接消耗的能量，也计算商品和机器的“实现能”（应用机器从事生产时，能量不仅涵盖相应生产活动中的消耗，还包含制造所用机器所消耗的能量，制造机器所用的能量称为机器的实现能）。然而，人们对“能量”一词的定义太多了，导致研究结果纷杂无序。传统经济学家则坚持，能量的投入仅是生产过程的因素之一。

经济学将“能量”视作生产过程诸多因素中的一个，只会导致更大的混淆。实际上，能量一词的内涵比经济学定义更加深刻。所有自然力中，只有一种不是免费提供给人类的，免费的自然力不能算作成本。

1. 地球的公转和自转动量（ 速度分别是2.66×1044kg/m2/秒 ，7.07×1033kg/m2/秒），带来了四季更迭，昼夜变换，以及大气和海洋的循环。

2. 地球引力无处不在，并且也是免费的。

3. 集聚原子核的“强作用力”，促成自然界92种原子，不受经济市场约束。

4. 地热能也是免费的。

电磁力（EMF）是唯一可被人类更改的自然力。重复一遍，我们无法改变地球的动量（因而也无法改变风力和洋流），我们无法改变重力。从实用角度讲，我们也无法更改原子核内的强作用力。有些形式的电磁力，比如阳光，我们也是无力更改的，只有原子间的化学键是我们可施加影响的领域。

经济活动其实是由一类特定的化学货币达成的。当碳原子断开同氢原子之间的连接，同氧原子相连时，释放出化学能。一个碳氢键的键能约为4eV，碳氧键键能是其两倍。了解个体、公司、国家，或全球的经济活动，只需计算相应时间内转换为碳氧键的碳氢键数目。人类个体每天消耗0.75公斤碳水化合物和蛋白质，以二氧化碳（CO2）形式呼出3×1025个碳氧键。2014年，全球经济活动消耗的碳氢键数目约为1.83×1039。

此时，你也许想问，人类在地球上到底干了什么？客观和科学的回答是：人们“做功”。1826年，科里奥利将“做功”定义为人、动物或机器提起一桶重物时消耗的能量。“功”是力和距离的乘积：W=Fd。为更加客观清晰地研究经济学家口中的“宏观经济的循环流动”，所有的商品和服务，都体现出是为实现其存在而消耗的能量。能量来源于食物和化石燃料中碳氢键向碳氧键的转化过程。除此之外，不再有其他成本，不涉及风力、水能、太阳能、地热能、潮汐能。唯一的例外是原子能，为求简洁，此处予以排除。

人类的实际经济活动其实可同蚂蚁类比，这一点也许会让银行家们很不安。蚂蚁也有经济活动，它们觅食、运输、建造巢穴，甚至还有“国防”投入。即使它们也使用类似人类世界的债券、保险、福利等抽象概念，能够观测到的也只是它们的实际活动。只关注财务数据、罔顾物理现实的经济学家，实则落入了柏拉图所描述的陷阱。在这个陷阱内，人们只能看到自己的影子，便认为世上唯一存在的只有影子，即便别人将现实世界指给他们看，他们仍不肯相信。

因此，人们意识到，1750年之前，人类经济活动只是地球循环系统的小小一环。那时，人类交易的碳原子键仅来自有机物——碳水化合物、蛋白质和其他生物质。从表面上看，后来的工业革命革新了技术，然而经济活动的真正驱动力（碳氢键向碳氧键的转化）其实并未改变。从这一观点来看，全球碳循环同经济学家眼中的生产消费循环，可以采取通用单位，画入一张图中，如图3所示。

相比IPCC采取的用重量衡量碳原子的手段，碳键的计算更加困难。化学键如同磁极间的作用力，没有形状，也没有质量。二氧化碳中，碳原子两侧各有一个氧原子。碳氢键来自碳氢燃料或生物燃料，即碳水化合物或蛋白质，其键能约为碳氧键的一半。在最简单的碳氢化合物——甲烷（CH4）中，可以确定的是，1个碳原子连接4个氢原子，各氢原子之间互相排斥，四个碳氢键构成一个四面体。其他燃料的原子构成形式是，每个碳原子有两个键（石油），或每2个碳原子连接一个氢原子（结构复杂多样的煤炭）。

不论玉米、煤炭或其他有机质，都含有碳氢键，这是通用货币。2014年，人类饮食、燃烧燃料所消耗的碳氢键总数为1.83×1039。全球陆地每年通过光合作用捕获1.23×1040个碳氧键，经由植被处理形成碳水化合物。该循环的另外一半是有机质的腐败和呼吸作用。与此同时，海洋也以同样的模式，每年消耗8×1039个碳键。

这些数额如此巨大，如同希腊的巨额债务，简直不可理解。因此，需要采取合适的通用单位，才能进行分析。一个典型的反例是，200年前，工程师为量化蒸汽机的动力，提出马力的概念。一马力指一匹马在1分钟内将100磅重物由220英尺的深处提到地面所做的功。而如今的科学家依然在使用这一单位，将航天飞机的动力标为三千七百万马力，这实在是很奇怪。

进一步分析，其实对动力的衡量无需涉及马匹。就拿人们每日的主食——馒头，米饭或面包来说，这些简单碳水化合物每100克包含920千焦能量，含4×1024个碳氢键。这些碳氢键在消化过程中被转化为碳氧键，每个键释放出4eV。这一衡量标准要比《经济学人》杂志推行的“巨无霸指数”更加科学。为契合联合国提出的全球年度碳循环概念，并同全球经济活动相对比，通用概念是“百万面包”。数据详见表1以及图3。通过这些简单的单位构建的模型，就像一个“卡路里计数器”，可衡量个人饮食/活动、企业运作乃至全球经济及其对全球碳循环的影响。

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一、相似概念，举例辨析

描述生物群体的概念有“种群”、“群落”、“生态系统”、“生物圈”，如何有效区分不混淆？我们可以尝试以下步骤，首先将这些概念按照描述对象从小到大的顺序排列出来：种群―群落―生态系统―生物圈，然后引导学生举例进行辨析，如一个池塘里所有的鲤鱼属于一个种群，池塘里所有的生物属于群落，一个池塘就是一个生态系统，而全球所有的生态系统就构成生物圈.通过举例辨析，学生能了解生态系统就是由生物群落和无机环境共同组成的一个系统，这只是一个表观认识，我们还需要在此基础上进一步深入.

二、构建概念模型，逐步深入

生态系统的类型有草原生态系统、森林生态系统、湿地生态系统、海洋生态系统、农田生态系统等等，这些生态系统里的生物和环境、生物和生物之间并不是互不影响的，它们之间相互作用，相互影响，构成了一个统一的整体.我们可将学生尝试分成多组，让每组以不同的生态系统为例，以概念图模型的方式画出生物之间及生物与环境之间的关系.为防止学生画图时不能确定方向，教师应提出以下要求：①因各生态系统里的生物种类众多，只要写出各种类型的代表生物即可；②物质和能量是生命活动存在的最基本条件，要求画出每种生物的物质和能量来源；③生物和其生存的环境是不可分割的统一整体，要求图中体现出生物与环境中的关系.

对于各小组完成的概念图模型，可通过设计问题组来进行概念的深入，第一组：①生态系统包括哪些成分？②生态系统中哪些成分是必不可少的？③捕食链包含生态系统中的哪些成分？通过第一组的问题学生会了解生态系统包含非生物的物质和能量、生产者、消费者、分解者四大成分，其中生产者能把无机物合成有机物，为其他生物提供了物质和能量，分解者能把有机物分解成无机物，可见，如果没有生产者和分解者，生态系统的物质循环功能将停止，生态系统就会崩溃.捕食链是食物链的常见类型，由生产者和消费者组成.食物链和食物网是生态系统的营养结构，是生态系统物质循环和能量流动的渠道.第二组问题串：①生产者所需要的物质和能量来自哪里？②流经生态系统的总能量是什么？③能量在生物之间传递的形式是什么？传递效率是100%吗？④生态系统的物质循环具有什么特点？⑤生态系统的物质循环和能量流动可单独进行吗？⑥生态系统中存在信息传递吗？通过此组问题，主要是让学生掌握生态系统的物质循环和能量流动是同时进行、不可分割的，能量主要通过生产者的光合作用输入群落，并以化学能的形成随有机物在营养级之间传递，但每种生物都会通过呼吸作用散失部分能量，这样能量流动具有单向传递、逐级递减的特点；物质循环中的物质是指组成生物体的各种化学元素，可通过碳循环的例子简要说明物质循环具有循环利用、全球性的特点.另外，生态系统中的信息传递可发生在生物与环境之间、生物与生物之间，它能决定能量流动和物质循环的方向和状态.第三组问题串：①生态系统是一个静止的封闭系统吗？②不同的生态系统的稳定性相同吗？与什么有关？③尝试构建生态系统概念的通用模型.第三组问题旨在让学生了解生态系统是一个开放的保持动态平衡的系统，生态系统的开放性决定了系统的动态和变化，开放给生态系统提供了可持续发展的可能性.最后将各组绘制的模型整合成生态系统概念的通用模型，在通用模型里包含了生态系统的四大成分，展示了生态系统是生物群落与环境之间通过物质循环、能量流动、信息传递所形成的统一的整体.

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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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［10］Huime Mike, Raper S C B, Wigley T M L. An Integrated Framework to Address Climate Change (ESCAPE) and Further Developments of the Global and Regional Climate Modules (MAGICC) ［J］. Energv Policy, 1995, 23(4-5):347-355.

［11］国家发展和改革委员会能源研究所. 中国2050年低碳发展之路――能源需求暨碳排放情景分析［M］. 北京：科学出版社，2009. ［Energy Research Institute of National Development and Reform Commission. China’s Low Carbon Development Pathways by 2050 Scenario Analysis of Energy Demand and Carbon Emissions［M］. Beijing: Science Press, 2009.］

［12］中国工程院项目组. 中国能源中长期（2030、2050）发展战略研究［M］. 北京：科学出版社，2011. ［Study group of Chinese Academy of Engineering. China’s Mediumandlong Term (2030, 2050) Development Strategy for Energy［M］. Beijing: Science Press, 2011.］

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5

[论文摘要] 本文从课堂问题设计的重要性、问题设计的误区为切入，举例说明了课堂问题设计要“基于教学目标、基于有效观察、基于发散思维”等的优化。

学起于思，思源于疑。教学就是不断引导学生生疑、解疑的过程。在呼唤以“学生为本”的新课改中，我们有必要重新认识课堂提问的重要性。

一、问题设计的重要性

初中科学课堂问题的设计关系着学生的思考质量，反作用于课堂教学的效率。初中生自我表现的心理需求较为强烈，但又存在着主动表现的心理障碍。因此，富有艺术性的课堂问题设计，既有利于促进学生的自我表现，又有利于他们克服心理障碍，从而使提问能够有效地引起学生的注意，激发其学习积极性，诱导其展开合理、适度的定向思维，推动知识发展和创新，同时也有助于教师在教学过程中提高教学目标的效率，并突破重难点。然而，不少教师因种种原因使课堂提问陷入有悖于教学科学规律的误区，问题设计缺乏系统性、目标性、思考性、导向性、基础性等，结果导致教学效果大打折扣。

二、问题设计误区例析

在各种各样的课堂观察中发现，部分老师并没有对问题的设计进行过认真的研究。因提问目标不清、信口开河而导致学生乃至老师自身手足无措的现象并非个别。例如，有教师在上“地球上的水”时，以娱乐节目的形式把学生分成4组，通过一连串问题的抢答、鼓掌、增减分数等形式把课堂搞得“轰轰烈烈”。但细细品味不难发现，这样的“热闹”到底有多少教学目标能得以落实?这种追求形式的活动，最终只会使学生产生厌倦和抗拒心理。究其因是问题设计缺乏挑战性。有一节科学公开课，课题是华师大版八年级(下)第三章“电”的第一节“自然界的电现象”，上课时教师提问:“暑假中你们遇到最烦恼的事是什么?”学生齐声回答:“停电。”教师:“很好!我们今天就开始学习有关电的知识。”笔者听到这，一种悲哀马上袭上心头:这哪里是教育?分明是一种扼杀!其问题根本没有明确的指向。有一位老师在上“鸟类”时提问:飞机是模仿什么动物制造出来的?生答:鸟类。师:鸟为什么能飞?生答:因有翅膀。师:有翅膀就能飞吗?生卡壳。这样的提问根本无法达到教师的本意(引出本节课的重点:鸟类与飞翔生活相适应的特点)，原因在于问题的设计空洞浮泛，使学生茫然失措，其结果必然导致“冷场”。

此外，“为设疑而设疑”的提问也非常普遍，如常常问些“是不是”、“对不对”的问题，使问题单调直露、缺乏思考性，而非“在不疑处设疑”。

纵观以上事例不难发现，不合理的问题设计是导致学生思维僵化、创造性被抑制的重要成因之一。如何有效设计问题?这是需要我们每一位老师深入研究的问题。

三、优化问题设计举例

要在课堂教学中有效运用设疑策略，先应了解设疑策略与教学模式间的辩证关系，即设疑策略应处于下位，应服从于教学模式的总体设计。现以具体实例加以说明。

1.问题设计要基于教学的具体目标

教学目标是指教学活动实施的方向和预期达成的结果，是一切教学活动的出发点和最终归宿。教学目标主要描述学习者在接受教学过程后所预期的行为变化，且须以课程标准所限定的范围和教材内容所应达到的深度为依据。因此，基于教学目标的问题设计是教师必须遵守的一个原则。

2008年12月19日，在本县农村中学的一堂公开课上，授课教师对华师大版《科学》九下第3章第3节《自然界的碳循环和氧循环》的教学引入是这样设计的:教师在播放“种子萌发长成植株”的视频后提问“感受到了什么”，结果出现“很神奇”、“美极了”、“种子发芽”、“植物生长”等各种答案。此时教师马上把话题转到“植物为什么会生长”这一话题上，许多学生的回答也就戛然而止，紧接着的是一些学生的不满。问题在哪儿?是因为视频和提问的目标指向不明确!若要生硬地得到“植物生长”这一答案，既有“定向思维”之嫌，又无法切入教学目标。若改为学生观看“温室效应”导致的利和弊的视频(如气温升高使作物生长周期缩短，使海平面升高等)后，分组讨论“地球温室效应日益严重的原因”(引导学生从二氧化碳增减的原因进行分析)，汇报交流讨论成果，老师再在此基础上进行提炼和归纳，建构自然界中的“碳循环和氧循环”，不但能有效达成教学目标，更能有效促进学生对知识的理解和应用。 　2.问题设计要基于学生的有效观察

观察是知觉的高级形式，是一种受思维影响而进行的有目的、有计划、系统化的持久知觉活动。观察比一般知觉有更强的积极性和理解性，思维在其中起着重要的作用。所以，观察也叫“思维的知觉”。观察是人们学习知识、认识世界的基础，也是创造的开端。有效观察除了需要良好的记录习惯外，还要有明确的观察目的和任务，要有必要的知识准备和周密的观察计划等。而合理的问题设计有利于学生开展有效的观察。

2009年3月17日，笔者在农村中学听了华师大八下第3章第4节《电阻》第一课时的教学过程。上课教师在演示“并联在同一电路中的两个小灯泡发光现象”(69~71页“思考与讨论”中的实验)后提问:“两个灯泡的灯丝长度与粗细一样吗?与亮度有何关系?”结果，学生并没有马上回答，而是重新观察后回答 “不一样，灯丝粗而短的更亮”。以上例子从表面看，学生参与度很高，效果似乎不错，但细细分析不难发现，学生在教师提出问题前的观察是无效的，他们得出的结论是提问后的重新观察，且因问题过于明确，所以缺乏思考的深度，从而出现学生回答热烈的教学假象。因此，这种提问对学生进行有效观察并无多大价值。可做如下改进:在学生观察活动前，先给予“观察两种电路中的灯泡亮度，比较并分析造成灯泡亮度不同的原因，并通过讨论得出合理的结论”这一明确的观察目标，让学生在观察过程中有明确的任务驱动，使其观察的目的性更加明确(突出了比较分析的观察成分)，这种任务驱动下的讨论也就更有思考性和挑战性。当学生得出“灯泡亮度与灯丝的长度和粗细存在关系”时，再追问“怎样的灯丝更亮?原因是什么?”其设问便隐含着学生观察目标指向的引导，有利于学生通过主动观察并获得结论，这不但有利于学生观察兴趣的培养，也有利于相关内容的理解记忆。

3.问题设计要基于学生的发散思维

发散思维与聚合思维相对，是指从一个目标出发，沿着各种不同的途径去思考，探求多种答案的思维。不少心理学家认为，发散思维是创造性思维的最主要特点，是测定创造力的主要标志之一。因此，课堂教学提问必须基于学生发散思维的基础。

在上例的“探究导线性质与导电性关系的实验”中，学生通常用同一装置进行实验，然后根据灯泡的亮度说明哪一种导线的导电性好(电阻小)。若在学生实验前设问:若用该装置验证铜、铁、铅笔芯等的电阻大小时，最好如何选择材料的先后次序进行实验?为何要这样选择?或在学生完成该实验后，教师可能会发现不同学生选择材料的次序是不同的，此时教师可以质疑“若同一装置先观察铜的导电性后观察铅笔芯的导电性，结果发现前者灯泡较后者亮，是否就可得出铜的电阻比铅笔芯的电阻小的结论?为什么?”设计这样的问题可让学生发现，电源实际上也是一个变量因素，因为随着实验的进行，电源电量是要逐渐消耗的。因此，当教师问“有什么办法可以解决这一设计缺陷”时，学生自然会想到调换材料的先后次序重复实验即可解决这一问题。

当然，问题设计的优化方法不仅仅局限于上述三种，只要我们善于不断总结教学经验，不断学习教育科学理论，就会不断优化设问的方法，从而进一步提高课堂教学效率。

[参考文献]

篇6

【关键词】高中生物；形象思维；培养

形象思维是人类三大思维（灵感思维、形象思维、抽象思维）之一，是对形象信息传递的客观形象体系进行感受、储存的基础上，结合主观的认识和情感进行识别，并用一定的形式、手段和工具创造和描述形象的一种基本的思维形式。形象思维是人最本能的思维形式，它以表象为材料进行思维，具有形象性、整体性、直接性、想象性、创造性和富含情绪色彩等特点。虽然高中学生的思维方式已经趋向多样化，而且从初中开始基于经验的抽象逻辑思维已经在个体的智力发展中占据优势，但是形象思维也因为其特有的形象性、直观性等特点而更加容易被中学生所接受和掌握。从高中生物学角度来说，随着生命科学日新月异的发展，高中生物学的知识体系也朝着微观和宏观两个方向尽力的拓展和延伸，这些微观到分子水平或者宏观到整个生物圈的生物知识是显著缺乏直观性的，这显然不利于学生的理解和掌握。如果我们漠视学生思维习惯和特点，片面强调抽象的概念和原理的传授，而忽视充分运用学生的形象思维展开教学，我们的教学效果无疑是会受到影响的。

一、利用生物插图及视频展示，提升学习兴趣

我国自占就有“左图右书”的良好读书习惯。插图是生物学科形象材料，是生物学科的骨架，许多生物现象和智能都储存于图像之中，所以，教是要根据教学的实际需要，利用多媒体的画面表示；另外教师也应能随手绘出必要的示意图，以辅助学生的理解。同时教师要对学生识图的方法进行指导，引导学生挖掘图表中的隐含知识，培养学生的形象思维能力。对一些相互有联系的图表要求学生加以比较，通过同中求异的思考过程来提高其分析、判断和综合能力。当然对于一些需理解生物现象动态过程的则要求要展示视屏动画等，如有丝分裂、减数分裂的过程。

通过如此的做法，学生对于看图思考的形象能力将逐步提高，当遇到一个图，学生能够很好的描述其示意的内容及内在的联系时，学生已在形象思维上具备了较好的基础了。

二、通过物理模型的构建开展教学

物理模型是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征的一种模型，在高中生物中构建物理模型是非常常见的。从微观的角度看，DNA分子的双螺旋结构模型、细胞膜的流动镶嵌模型、真核细胞亚显微结构模型、突触的结构模型等；从宏观的角度看食物链和食物网、生态系统的能量流动的过程图、生态系统的碳循环的模式图等都是物理模型。物理模型的构建就使得本来学生根本看不到或者看不全的知识直观化、具体化、形象化、整体化，学生也就能够比较顺利的理解和接受相关知识。例如在高中生物学的有关知识体系中，有关细胞分裂的知识是一个教学重点，也是一个教学难点，很多同学总是理不清细胞分裂各时期的特点以及DNA、染色体、染色单体数量的变化规律，笔者认为解决这个问题的最好办法就是让学生学会构建物理模型，具体的说就是让学生学会画图。在实际教学过程中，我会要求每一个同学都能熟练绘制每一个细胞分裂时期的简图，然后根据学生自己绘制的简图描述相关时期细胞中主要的变化特征和DNA、染色体、染色单体、等物质或结构的数量变化规律。在学习相关知识的初期，我要求学生养成解决相关问题必先绘制相关图像的良好习惯，实践表明，这种教学方法促进了学生对相关知识的理解，同时很好地保证了学生解决相关问题的正确率。

三、通过概念图的构建开展教学

在高中生物学知识体系中有为数众多的概念需要学生理解。概念本身虽然属于逻辑思维的范畴，但我们可以通过一定图形和必要的关联词将多个概念进行比较和联系，这样的图形就是概念图。如下图即为比较物质进出细胞的方式的概念图。

构建概念图实际上就是以形象思维的方式进行概念教学和总结。虽然这样的概念教学难以避免的带有形象思维的粗略性，也就是说对概念的内涵和外延并不能完全通过概念图反应出来，但它的直观性和整体性却有利于学生更简便地领会到概念的关键内涵以及相关概念之间的关系。同时也有利于学生对于知识体系的构建。在笔者的实际教学过程中，重视帮助学生构建概念图，同时更注重于让学生自己来构建概念图，这一方面促进学生对相关知识的理解和掌握，同时也让学生掌握一种重要的学习方法。笔者通常的做法是，在新课学习的一开始，每学完一个章节，就会给同学们展示一张概念图，以帮助学生对已学知识进行梳理，同时让学生了解概念图的构建方法。学习一段时间后，笔者帮助学生构建的概念图将趋于简单，让学生根据自己对相关知识的理解对概念图进行丰富和拓展。

篇7

从考查内容方面看，主要考查地理环境的整体性原理、地域分异规律、非地带性现象等主干知识。从能力要求方面看，主要侧重对读图分析能力、综合分析能力、推理能力、阐释问题能力的考查。从呈现形式方面看，主要有两类：一是以模式图为载体考查地域分异规律，二是以区域图为依托考查地理环境整体性原理在特定区域中的表现和应用。

[基本概念扫描]

1.陆地自然带

不同地域由于所处的纬度位置和海陆位置不同，水热状况不同，形成了不同的植被和土壤类型，并在陆地表面呈带状分布，构成自然带。植被是自然带最明显的标志。

2.地域分异规律

地域分异规律反映了地理环境的地域差异，体现了自然地理环境各要素及其构成的自然带在空间上的规律性分布。地域分异规律包括水平地域分异规律和垂直地域分异规律，其中水平地域分异规律主要包括从赤道到两极的地域分异规律和从沿海向内陆的地域分异规律。

3.非地带性现象

受地形起伏、海陆分布、洋流等因素的影响，某些地区表现出与地域分异规律不相吻合或者地域分异规律表现得不很完整、不很鲜明，这类现象统称为非地带性现象。

4.地理环境的整体性.

地理环境是由地貌、土壤、水、大气和生物等要素组成的。地理环境各要素相互渗透、相互制约、相互联系，构成一个有机整体，并通过水循环、生物循环和大气循环等不断地进行能量交换与物质迁移，推动地理环境的整体发展变化。

[知识梳理]

1.陆地自然带

（1）世界气候类型、陆地自然带的分布模型及其对应关系。如下图。

（2）运用整体性原理探究陆地自然带的成因和分布规律。太阳辐射的纬度差异决定了气压带、风带的分布，进而影响了气候类型、洋流的分布，并最终制约着自然地理环境的地域分异――自然带的分布。例：赤道附近气温高、上升气流旺盛赤道低气压带热带雨林气候热带雨林带（东岸受暖流影响，热带雨林带向高纬延伸）。北半球中纬度大陆西岸盛行西风带温带海洋性气候温带落叶阔叶林带（受沿岸暖流影响，温带落叶阔叶林带向高纬延伸）。

经典研习

（2013年高考全国新课标文综卷I）图2为45°N附近某区域的遥感影像，其中深色部分为植被覆盖区，浅色部分为高原荒漠区；终年冰雪覆盖的山峰海拔3424米，距海约180千米。读图2，完成4―6题。

4.导致图示区域内降水差异的主导因素是

（

）

A.大气环流

B.地形

C.纬度位置

D.洋流

5.该区域位于

（

）

A.亚欧大陆太平洋沿岸地区

B.亚欧大陆大西洋沿岸地区

C.北美洲大西洋沿岸地区

D.北美洲太平洋沿岸地区

6.该区域中山脉西坡山麓的自然植被属于

（

）

A.常绿阔叶林

B.常绿硬叶林

C.针阔叶混交林

D.草原

答案：4.B 5.D 6.C

解析：本题组以区域遥感影像图为载体考查气候、自然带的成因及其分布规律，强调考生对图示信息的判断推理及对自然环境各要素间联系的理解与认识。第4题，由该地区位于“45°N附近”可推断该区域受西风控制。图示东、西两地区相距不远，但地表植被差异显著，结合图中山脉等信息可作出合理解释：西侧位于西风迎风坡，降水多，植被茂密；东侧地处西风背风坡，降水少，荒漠广布。第5题，根据前面的推理，结合区域地理知识可判断该地区位于北美洲太平洋沿岸地区。第6题，根据“45°N、北美洲太平洋沿岸地区”可判断山脉西坡山麓地带的自然植被为温带针阔叶混交林。

2.地域分异规律

经典研习

（2013年高考山东文综卷）图2示意我国植被的地带性分布，读图回答3―4题。

3.图中②为 （

）

A.草原

B.荒漠

C.针叶林

D.针阔混交林

4.我国东部森林植被的东西宽度在南北方向上发生变化，其主导因素是

（

）

A.纬度

B.洋流

C。地形

D.季风

答案：3.A 4.D

解析：本题以我国植被的地带性分布示意图为载体考查地理环境的地域分异规律及其影响因素，图示信息的解读及原理规律的迁移是其考核的目标所在。第3题，图2中③一②一①体现了以水分为基础的从沿海向内陆的地域分异规律，根据“落叶阔叶林”的信息和大兴安岭、贺兰山在气候上的分界意义可以判断②、①分别为草原、荒漠。第4题，图2显示我国东部森林带越往北宽度越窄。调动所学知识可以判断，我国东部越往北受夏季风的影响越小，降水越少，因此森林植被分布变窄。

3.地理环境整体性

[方法技巧归纳]

1.山地垂直自然带的判断技巧

（1）山地垂直自然带谱类似于由赤道到两极的地域分异，基带与当地水平自然带一致。.

（2）山体所处纬度越低，海拔越高，相对高度越大，垂直自然带谱越复杂。

（3）纬度越高，同一自然带分布的海拔越低。

（4）影响雪线高度的因素：副热带降水少、气温高，雪线高；赤道地区降水多、气温高，雪线低；喜马拉雅山南坡为迎风坡，降水多，雪线低；全球变暖，冰川退缩，雪线上升。

2.非地带性现象的分析方法

（1）非地带性现象的分布。从地形、海陆分布、洋流等非地带性因素人手分析非地带性现象的分布：

（2）非地带性现象的判断：依据该现象所处的纬度位置、海陆位置和海拔高度，按地带性规律判断应该是什么自然带，然后将实际环境与理论上的自然带相比较，如果一致就属于地带性现象，如果不一致就属于非地带性现象。

经典研习

（2013年高考北京文综卷）40.达尔文在南美洲考察期间，在①地看到热带雨林景观，在②地观察到安第斯山植被的垂直变化现象。读图14，回答第（2）题。（节选）

（2）在达尔文看到的①地景观和②地现象中，任选其一说明成因。

答案：①地：地处低纬地区，气温高，位于东南信风迎风海岸，沿岸有暖流经过，降水丰沛，形成热带雨林景观。或②地：地处山区，山地海拔高，从山麓到山顶，随海拔升高，气温降低，降水也随之变化，形成垂直气候带，从而形成植被的垂直变化现象。

解析：本题依托达尔文南美考察路线考查非地带性现象和垂直地域分异的成因，对阐释成因的能力要求较高，同学们要注意表述的逻辑性和层次性。图中①地远离赤道却形成热带雨林景观，需要从纬度位置、地形、盛行风、洋流等角度综合分析其成因。回答②地现象的成因（安第斯山植被垂直变化的成因）时要注意把握因果链：海拔升高一水、热变化一气候带变化一植被变化。

3.运用地理环境的整体性原理分析解答问题

地理环境的整体性原理不仅是基本的地理原理、规律，更是重要的地理思维方法。下面以河流为例说明整体性原理在分析解答问题中的应用。

（1）河流特征。从影响因素入手进行判断、推理河流特征，如：水文特征：地形、地势决定河流的落差、流速：气候影响河流的流量、水位、.汛期、结冰期；流域内的地貌特征、植被覆盖状况影响含沙量的大小。水系特征：地形、地势决定流向、水系结构；支流发育、河网密度、流域面积是地形、气候等因素综合作用的结果。

（2）河流与地形、地貌。根据河流特征判断地形、地势特征：河流发育在山谷中，向心状水系指示盆地地形，两流域的界线为山脊，河流流向指示地势高低起伏。河流塑造地貌：上游地形坡度大、流速快，以侵蚀作用为主，多形成沟谷、峡谷地貌；河流流出山口处易形成冲积扇地貌：中下游地区河流流速减缓，以沉积作用为主，多形成冲积平原和河口三角洲地貌。

（3）植被与河流。上游地区植被破坏对河流水文特征及中下游地区环境的影响：河流含沙量增大，流量的季节变化和年际变化增大；河床抬高，湖泊淤积，调蓄功能减弱。

（4）河流与灾害。上游地区地形坡度大，水土流失较严重，多发滑坡、泥石流灾害；中下游地区地势平坦，泥沙淤积，易发洪涝灾害。

（5）河流开发利用。上游地区落差大，水能丰富，可开发水电；自然景观多样，可发展旅游；地形坡度大，应加强水土保持，适宜发展林牧业。中下游地区流速减缓，流量大，可发展航运。干旱区流域开发要充分考虑地理环境整体性，因地制宜进行综合开发，统筹上、中、下游用水，协调生活、生产、生态用水关系；严格控制开发规模，调整产业结构，节约和合理利用水资源。

经典研习

（2013年高考全国新课标文综卷Ⅱ）37.阅读图文资料，完成下列要求。（节选）

、

原产澳大利亚东北部热带雨林中的几种高大桉树，主根深扎地下，能大量吸收地下水。这几种桉树适应性强，生长迅速，3―5年即可成材，统称“速生桉”。我国西南地区某地引种速生桉作为造纸原料。图6中a、b分别示意该地速生桉种植前、后的变化。

（1）读图6a，分析当地沼泽获得稳定水源的原因及过程。

（2）读图6b，分析种植速生桉后当地其他植被的变化及原因。

（4）就降水条件简述我国西南地区不适宜大面积种植速生桉的原因。

答案：（1）原因：山坡上的天然次生林和灌丛能涵养水源。过程：截留大气降水，减缓地表径流，增加雨水下渗，为沼泽提供稳定的水源。

（2）植被变化：天然次生林和灌丛退化；沼泽萎缩。原因：速生桉大量消耗地下水，使地下水水位下降。

（4）我国西南地区年降水量低于热带雨林区，旱季时间较长，降水较少。

解析：本题以“引种速生桉”为素材综合考查水循环、地理环境整体性和差异性知识，对考生过程描述、原因阐释的能力要求较高。第（1）题，先要锁定地下水是沼泽的稳定水源补给，进而按图索骥，以“植被对径流的调节”为主线从“地表径流、下渗、地下径流”等环节进行描述和阐释。第（2）题，对照两图，找出种植桉树前后天然次生林、灌丛、沼泽的变化，根据图示地下水位的变化解释其原因。第（4）题，比较澳大利亚东北部热带雨林与西南地区季风气候降水条件的差异，可从降水多少和季节变化等方面分析西南地区不适宜大面积种植桉树的原因。………。

[创新习题]

下图为青藏高原各地理要素联系框图。读图，回答1―2题。

1.图中①、②、⑧分别表示（

）

A.太阳辐射强、气温低、空气稀薄

B.气温低、太阳辐射强、空气稀薄

C.空气稀薄、气温低、太阳辐射强

D气温低、空气稀薄、太阳辐射强

2.该图主要反映出（

）

A.地理环境整体性规律

B.从赤道到两极的地域分异规律

C.从沿海向内陆的地域分异规律

D.垂直地域分异规律下图为六种主要植被类型的气候分布范围示意图。读图，回答3～4题。

3.序号①所代表的植被

（

）

A.在非洲分布面积最广

B.分布在南、北回归线上

C.能促进全球的水循环

D.破坏之后能快速恢复

4.序号②―⑤所代表的植被类型分别是

（

）

A.草原、苔原、阔叶林、针叶林

B.苔原、针叶林、草原、阔叶林

C.针叶林、阔叶林、苔原、草原

D.阔叶林、草原、针叶林、苔原下图为世界某地区气候区划示意图。读图，回答5～6题。

5.下列关于图中各气候区成因的叙述，正确的是

（

）

A.I区冬季多雨是由于受冬季风影响

B.Ⅱ区极端干旱是由于深居内陆

C.Ⅲ区夏季多雨是由于受赤道低气压影响

D.Ⅳ区多雾是由于受暖流影响

6.阴影部分示意世界著名的“绿色坝”工程，该绿化工程中最常见的树种是

（

）

A.落叶阔叶林

B.常绿硬叶林

C.常绿阔叶林

D.针叶林

下图为我国部分山区降水量随海拔分布示意图。读图，回答7―8题。

7.该图反映出

（

）

A.山区降水量随海拔升高而增多

B.山区降水量随海拔升高而减少

C.降水量较多的山区，最大降水量高度相对低些

D.山顶降水量―般比山麓少

8.山麓地带的自然带为落叶阔叶林带的是

（

）

A.曲线1代表的山地

B.曲线2代表的山地

C.曲线3代表的山地

D.曲线4代表的山地下图为部分陆地自然带分布和气候条件关系示意图。读图，完成9―10题。

9.下列关于图中荒漠带的叙述，正确的是

（

）

A.受副热带高气压或信风影响，降水少

B.面临的生态问题主要是水土流失

C.其在亚洲分布面积最大

D.人类的不合理活动是主要成因

10.下列关于图中自然带地域分异规律的叙述，正确的是

（

）

A.形成该地域分异规律的主导因素是热量

B.农业生产的地域差异影响了该地域分异规律的形成

C.反映的是从沿海向内陆的地域分异规律

D.该地域分异规律的典型地区分布在大陆东部

下图中a为某地海陆水循环示意图，b为该地甲山自然带垂直分布示意图。读图，完成11―12题。

11.该区域 （

）

①地势起伏大

②冰川侵蚀作用强

③夏季降水多④河流含沙量大

A.①②

B.③④

C.①③

D.②④

12.若甲山森林急剧减少，对当地水循环的影响主要有

（

）

①坡面汇流速度加快

②水汽输送量减少③蒸腾、蒸发量加大④地下径流减少

A.①②

B.③④

c.②③

D.①④

下图为某山地甲、乙、丙三地气温和降水量资料图。读图，回答13～14题。

13.据图中信息判断，下列叙述正确的是

（

）

A.丙地位于山地的背风坡

B.该山地位于赤道附近

C.流经山地西岸的洋流为暖流

D.该山地东坡出现永久性积雪的海拔约为5300米

14.根据气温和降水状况判断，在甲地最可能出现的自然带是

（

）

A.温带落叶阔叶林带

B.亚寒带针叶林带

C.温带草原带

D.热带雨林带

15.地理环境特征既有整体性，又有差异性；自然景观的分布既有地带性，又有非地带性。读右图，完成下列问题。

（1）指出从甲地到丁地所反映的自然带地域分异规律及其形成的主导因素。

（2）写出甲自然带的名称并说明其未横穿大陆的原因。

（3）分析丙地气候的形成原因，并从气候对地貌、水文、植被等要素的影响说明地理环境的整体性特征。

16.读南美洲局部区域地图及南美洲南部（45°s附近）地理环境形成和演变过程示意图，完成下列问题。

科隆群岛是厄瓜多尔在太平洋中的火山群岛，地处赤道附近却凉爽宜人，降水稀少。

（1）科隆群岛全年昼夜长短变化幅度________，岩石类型主要是________________，气候凉爽、降水稀少的主要原因是________。

（2）说明基多气温的主要特征及其成因。

（3）指出利马附近自然带的分布特点，并说明其原因。

（4）运用地理环境的整体性原理，说明该地区南部地理环境的演变过程。

17.读自然界碳、水物质循环示意图，回答问题。

（1）人类对碳循环过程的影响是造成目前全球气候变暖的主要原因，其中最主要的环节是________（填序号）。简述该环节对大气受热过程的影响。

（2）从水循环的角度分析图中绿色植物被破坏对当地气候或河流水文产生的影响（任选其一回答）。

（3）应对全球气候变暖，发展低碳经济，人类可以采取哪些有效措施？

参考答案；1.D 2.A 3.C 4.D 5.C 6.B 7.C 8.B 9.A 10.A 11.C12.D

13.D

14.C

15.（1）规律：由赤道到两极的地域分异规律；主导因素：热量。

（2）热带雨林带；未横穿大陆是由于东部为东非高原，地势高。

（3）常年受副热带高气压带下沉气流的影响，再加上沿岸寒流降温减湿的作用，丙地气候极其干旱。由于水分不足，丙地地表径流很少或有季节性河流，风力作用强烈，形成大片沙漠，植物稀少。

16.（1）不大玄武岩（岩浆岩）寒流降温减湿

（2）特征：终年温和，年较差小，昼夜温差大。成因：地处赤道附近，地势高。

（3）热带荒漠呈狭长的带状分布。原因：受高大山脉限制难以向内陆延伸；沿岸寒流具有降温减湿的作用，使热带荒漠向低纬延伸。

（4）板块碰撞挤压，形成高大山脉；山脉阻挡西风深入，东侧降水减少，形成温带大陆性气候；森林植被逐渐演化为温带草原、荒漠。

17.（1）④化石燃料燃烧导致二氧化碳浓度增加，使大气吸收地面辐射的能力增强，增加了大气逆辐射，导致气温上升。

篇8

【关键词】市政工程低碳化；低碳经济；问题；推行

引言

全球变暖日益威胁着人类的生存和发展，在这样的大背景下，“低碳经济”越来越受到人们的关注。市政工程不仅仅代表着一个城市的美好形象，也代表着这个城市的经济发展水平。处于闹市繁华之地的市政工程在建设过程中经常出现环境污染、资源浪费等情况。所以，运用低碳经济理论指导市政工程建设显得更加重要和急迫。

1、低碳经济定义

在阐述什么是低碳经济之前，我们必须先来了解一下什么是可持续发展。可持续发展是指既满足现代人的需求又不损害后代人满足需求的能力，实现经济、社会、资源和环境保护协调发展。为了实现人类的可持续发展，世界各国都密切关注着气候动向，而减缓气候变化的一个重要方式就是减少碳排放量，大力倡导低能耗、低污染、低排放的低碳经济模式。

总而言之，低碳经济就是在可持续发展理念的指导下，一方面依靠技术创新，另一方面依靠相关的政策措施，进行一场能源革命，凭借“三低”模式：低能耗、低污染、低排放实现二氧化碳的少量排放，实现低碳经济的全面推广，最终实现经济发展与环境保护的双赢。

2、如何推广低碳经济模式

高效利用能源、开发清洁能源、追求绿色GDP是低碳经济的实质。创新是实现低碳经济的关键：能源技术创新、减排技术创新、产业结构创新、制度创新等。人类生存发展观念的彻底转变是实现低碳经济的根本方法。同时，低碳经济也是对科学发展观、节能减排、循环经济、建设节约型社会、构建和谐社会等发展理念的有效补充。在具体操作过程中，低碳经济发展模式需要满足以下要求：

2.1发展生态经济

一方面，依靠生态碳汇建设、碳捕获及碳利用技术的发展，另一方面，利用低碳技术、提高能效技术、节约能源技术、可再生能源技术和温室气体减排技术的进步，有效减少二氧化碳的排放，实现经济活动的低碳化，构建健康的生态环境。

2.2发展绿色能源

大力发展清洁能源：可再生能源、核能、氢能等，努力实现能源消费在生产、交换、分配、消费在内的社会再生产全过程的生态化，建立低碳、无碳的国民经济体系，保证生态系统碳循环的正常运行，最终实现整个人类的可持续发展。

2.3发展低碳化产业

一方面，要切实实行节能减排政策，有效提高能源利用率，努力改善清洁能源结构，密切关注自然资源的循环利用，最终实现社会生产全过程的资源分配低碳化；另一方面，平衡好经济发展与碳排放量的关系，有效限制高污染的传统产业，着力推进新兴产业的发展，重视生态文明建设，最终实现人与自然的和谐相处。

2.4 发展低碳化社会生活方式

一方面，让人们知道节能减排的重要性，了解低碳经济对于人类可持续发展的意义，鼓励人们改变与文明生活方式不相适宜的陋习。另一方面，在社会上大力倡导文明消费和绿色消费，倡导健康节约的生活方式，让低碳生活理念深入人心。

3、低碳经济下市政工程建设过程中存在的问题

市政工程的节能减排工作一直都是各级政府的关注点，现阶段，很多市政工程在实际操作过程中都没有有效地实践低碳政策，存在着许多与低碳经济要求相悖的地方，极大地妨碍了市政工程的低碳化。

3.1建设过程中的碳排放没有按照要求进行

一方面，建设现场的碳排放没有按照要求进行。另一方面，运输碳排、建设现场碳排及废弃物碳排等与建设相关的其他作业的碳排放也呈上升趋势。除此之外，材料运输、人员建设、废弃物处置、建设机械作业、生活服务、现场办公等过程中的碳排放量也过多。这些都与市政工程低碳化操作理念相违背。

3.2没有切实提高能源利用率

一方面，我们要尽量减少用能，节约用能，另一方面我们也要想尽办法提高能源利用率。城市化进程的不断加快，城市功能的不断提升和完善已经让市政工程的能源消费大大增长了。再加之，某些市政工程在建设前图纸设计不准确，标注不明朗，解释说明含糊不清，这就导致建设过程中浪费能源的现象频繁发生。除此之外，建设单位不重视经济管理和组织管理，对建设过程监管不到位也是造成有效节能无法实现的原因之一。

3.3没有有效减轻环境污染

低污染是低碳经济强调的重点之一，实现经济发展与环境保护之间的协调离不开环境污染的减少。一方面，市政工程在建设过程中没有及时采取降低污染的技术手段和防护措施。另一方面，也没有尽可能地进行合理的建设设计。这样一来，就出现了市政工程环境污染不降反升的现象。

3.4没有广泛运用低碳技术

一方面，低碳材料在市政工程的建设过程中没有得到广泛的应用，从材料上就没有办法降低二氧化碳的排放了。另一方面，国家的整体技术水平比较落后，技术研发能力十分有限，先进有效的低碳技术还没能有效广泛地推广开来。随着国家经济的快速发展，基础设施的大量建设，快速推广低碳技术显得越发迫切。另外，从很多市政工程的建设现场来看，很多低碳技术，如太阳能、小型风力发电技术、生物质能系统、高效冷却技术、地热系统、水资源再生利用及水生态修复技术等并没有得到广泛地应用和有效地推广，能源利用率始终提不上来也和此有关。

3.5低碳意识没有深入人心

没有意识就没有行动。意识是行动的前提。低碳经济的相关政策和措施的推行离不开低碳理念的深入人心。只有低碳理念人人认可了，在其推行过程中才会畅通无阻。因此，在市政工程低碳化的过程中，建设企业、建设业主、监管单位、建设工人等参与单位与人员具备深刻的低碳意识显得尤为重要，仅仅具有专业的建设能力是远远不够的。

4、低碳文化理念的建立与方式的推行

摒弃之前的粗放的建设方式，果断采取“三低”模式：低排放、低能耗、低污染是实现低碳经济的关键所在。以建设单位为重点，联合业主、监理，统筹协作、共同努力是实现市政工程“三高”：高效能、高效率、高效益的关键所在。

4.1低碳文化在企业中的建立

企业文化是一个企业在长期经营管理战略实践中所凝结起来的一种文化氛围、企业精神、经营理念，并体现在企业全体员工所共有的价值观念、道德规范和行为方式。以企业文化的形式将低碳理念深入到每一个员工的心中是企业实现低碳经济的根本措施。首先，低碳经济理念必须被列入企业价值观之中，成为每一个员工的基本价值取向之一。其次，企业的经营宗旨不是要搞什么“面子工程”，而是以“三低”：低排放、低污染、低能耗为重点，以实现低碳增长为目标。最后，要把一些关于低碳经济理念的模糊之处给理清，将低碳经济理念变为每一个员工的行为习惯。

4.2低碳设计理念的全面推广

实现市政工程建设低碳化仅仅将目光放在建设环节是远远不够的，还要考虑到市政工程的设计环节。主要包括三个方面的设计：材料的设计、主体工程的设计和回收的设计。在材料设计方面，要尽量选用不易受腐蚀、易于清洁和维护的材料，以及可再生、可降解的绿色环保材料，尽可能地延长市政工程建筑的使用寿命，降低维护成本。在主体工程设计方面，依据相关的法律法规，建设前建立严格的建设标准，凭借标准的严格控制达到建筑低碳化目标。在回收设计方面，新工程中，要最大限度地采用回收或再生后的零部件和材料，使得市政工程建设很好地实现资源的循环利用。

4.3绿色建设方式的快速推行

《绿色建设导则》中关于绿色建设的描述为：工程建设中，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的建设活动，实现四节一环保（节能、节地、节水、节材和环境保护）。在材料方面，设备和材料的质量必须严格把关，保证建设现场没有被淘汰性的机械设备以及不符合环保要求的工程材料；在建设环境方面，最好进行封闭式建设，避免噪声和扬尘污染，同时也要保证建设场地的整洁；在管理方面，要进行科学管理，合理分配各种建设器械和工具，建立完善的建设保养制度。

5、结语

经济的快速发展与基础工程的大量建设呼唤着低碳经济的快速推行。只有低碳经济理念深入人心了，人类的可持续发展才有可能早日实现。

参考文献：

[1]低碳经济视阈下的市政工程施工研究； 杨洪镅；实验室研究与探索2012-07-15

篇9

【关键词】小组报告 地学基础课程教学

【基金项目】重庆市研究生教育教学改革研究项目（yjg143038）：研究生创新能力与学术规范教育平台课程的实践与改革。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）06-0249-02

一、地学教学中存在的问题

1.地学的学科特点

地学是指有关地球科学的所有学科的统称。除具有与其他基础自然学科的相同之处外，地学还具有其独特的学科特点：（1）地学研究内容的复杂性，既包括物质的复杂性，从基本离子到地球构成，从有机分子合成到生命演化的物质运动；也包括四维的时―空性，从毫秒到十亿年，从纳米到星系的大跨度时―空纬度；（2）既有放之四海而皆准的地学原理的普适性，又有各地域演化的独特性；（3）由于人类日益强大的改造能力，人―地关系已经不再是一城一地的环境污染问题，而是成为威胁到整个地球环境的全球问题，如碳循环与全球变暖。

地学基础课是包含地球科学内容的基础学科。在笔者所工作的教研室把《普通地质学》、《矿物岩石学》、《构造地质学》、《水文地质学》和《地貌学与第四纪地质学》等作为地质基础学科（以下所致地学基础课均为上述课程）。除地学课程的上述特点外，现存的部分问题也使地学基础课的教学具有一定的难度。

2.存在的问题

地学是以整个地球为研究内容的学科，面对纷繁复杂的信息，必需经过对描述对象进行哲学意义的抽象剥离和数理分析，才能获得有效认识。而目前的中学教学体系既没有基础哲学的讲授，也缺少科学思维训练。这使得学生在大学一年级学习《普通地质学》课程中各种地质现象时，即使经过适度引导，也无法形成知识框架体系，疲于堆叠扑面而至的海量信息。

现有的中、小学教育方式，形成了以家庭和校园等人造建筑为主要环境的生活模式。这种成长于人造环境的圈养式生活方式从情感上割裂了人与自然的关系，致使相当数量的学生带着对自然的陌生和恐惧感，参加本来就不多的实地考察，不能放松体验和形成直接感受，因此也无法获得应有的感性认识，这为进一步提升为理性认识造成了先天的障碍。

以高考为目的的高中教育体系中，地理被划归为文科，而在高等教育中与地学相关的专业，基本上都是接受理科高中毕业生。根据笔者的部分学生讲述，在其高中阶段，除会考内容外其余内容基本不做讲授。这使得相当部分学生缺乏基础地学知识，如不能阅读地图，甚至不能理解方向。

此外，在教育部宽口径、厚基础的培养模式号召下，如何在上述条件下和基础课程总学时降低的趋势下改善教学效果，成了摆在授课教师面前的一道难题。

二、把小组报告引入课堂的尝试

为了克服上述问题，笔者及同事们进行了把小组报告引入地学基础课程的教学尝试，并取得了一定的结果，在此简要介绍。

本文中的小组报告是指，由学生自由成组、自由选择与课程相关的题目，主动通过图书馆和网络收集信息，分析整理后形成文字报告或幻灯片，在课堂上展示和问答的学习形式。笔者及同事们在所讲授的《普通地质学》、《矿物岩石学》、《水文地质学》等地学基础课上，进行了学生小组报告的教学改革尝试。

1.时间上的保证

在所讲授的三门课总学时超过120学时的条件下，每次大课第二节课的前5分钟为学生进行小组汇报时间。短时多次，既保证了更多小组的参与机会，也由不同面孔给学生带来新鲜感。从学生表现来看，小组报告形式提高了上课的注意力。

2.在机会上的保证

每个小组一般可分为4-5人。较小的组员人数，给更多的学生参与锻炼的机会。给学生更多的语言表达和逻辑训练的尝试，也使学生更快地适应校园生活和今后走上工作岗位打下能力基础。

3.题目选择的自由

关于题目选择，只要求和本课程相关即可，一般要求为以讲过内容为基础，以便同学们能够理解。从学生的题目选择来看，如在《普通地质学》中，内容大多为孤立的知识点，随着课程深入，学生题目选择逐渐趋于更高综合性或更深的描述和解释。题目难度的提升可以理解为学生的对知识消化后，在广度和深度上逐步提高的表现。给予学生题目选择的自主性后，对个别兴趣点的深入挖掘，不仅在内容对课堂内容进行了有益的补充，也在形式上影响了其他同学学习的积极性。

4.本课程的综合报告

此外，在课程期末考试前后，另要求学生进行一次综合小组报告。要求以小组某一成员的家乡为对象，以课程内容为分析工具，描述和分析其地质现象的形成和演化。综合小组报告与课间小组汇报不同，人数更少，一般以3-4人分组，时间延长为10分钟，并安排问答环节。由于该次综合报告被计入课程总成绩，学生参与较为积极，取得效果也较好。因要求和形式的安排，学生们称之为模拟答辩。

三、成果和存在的问题

经过笔者和同事们自2011年开始在课堂中引入各种形式的小组报告以来，取得了一些成果，也发现了一定的不足。现总结如下：

1.针对地质学原理理解不足，缺少足够的野外实习时间

小组报告以学生的家乡为研究对象，这既为作报告的学生提供了研究自己家乡的机会，也给其他同学学习了解其它地域提供了窗口。使学生能够更好地理解地学原理的普适性和区域的差异性。

2.根据学生信息收集能力较低，对网络信息不能有效甄别的现状

课堂上下补充讲授学术搜索引擎的使用，如百度学术、谷歌学术等。对图书馆资源的利用，讲授图书分类体系和电子数据库的使用，如本大类图书编号，和CNKI和维普等电子资料的利用，既提高小组报告中的科学水准，也为高年级撰写论文提供基础训练，同时提高了图书馆资源的利用率。

3.针对学生良莠不齐的计算机水平，要求在小组报告中使用Word、PowerPoint等常用的办公软件

经过三个学期的学习，学生通过自己制作和他人的错误中（课堂小组报告后进行的约1分钟点评）吸取经验，不断提高软件水平。同事反馈在历届毕业答辩中，经过小组报告训练的学生无论毕业论文（设计）的排版和幻灯片的设计制作，都表现出了质的提升。事实上，这在小组报告的进程中亦可见提高的迹象。

4.由老师主动的知识灌输，变为学生参与的主动学习

改变以往以体系完整为重的知识传授模式，强调学生参与感受的主动学习模式。强调能力培养，“授人以鱼不如授人以渔”，逐步培养学生主动学习的习惯和能力。

由于引入小组报告教学方式，目前还只是教学尝试阶段，不可避免的存在了一些问题：

（1）小组间差异较大。有的小组内形成了互帮互助的学习风气；同时个别小组中，也存在“搭车现象”，即坐享其成，完全交由同组组员完成的。这在一定程度上挫伤了学生的积极性。

（2）在报告中，可见较为严重的抄袭现象和对于网资源的利用不加标注的剽窃。但考虑到学生的实际情况，承认这是学习过程中必要的模仿阶段；但同时也严厉指出尊重他人劳动的必要性，剽窃的违法性。并注意在不同阶段中鼓励和告诫的引导比例，既鼓励其主动性，又不挫伤其积极性。

参考文献：

[1]余成.结合地方特色改进地学类课程的教学工作. 科学咨询（科技・管理）. 2014（9）. P5.

[2]侯沛勇.厚基础 宽口径 强能力 高素质.科技・人才：市场.1997（1）. p25

篇10

早在2006年,沃尔特就在《自然》杂志上撰文,警告人们随着西伯利亚永久冻结带的融化,甲烷释放量的增长可能会加速气候的变化。但是,就算她本人也没有预料到变化速度竟如此之快。她说:“西伯利亚的湖区面积比我在2006年的测量数据增大了5倍,这是史无前例的全球性事件,惯性使得更多的永久冻土带加速融化。”

过去30年间,地球平均升温不足1℃,但北冰洋大部分地区却上升了大约3℃;一些冰原消失的地方,气温甚至上升了5℃。

这种剧烈变暖并不仅限于北冰洋地区,还延伸到周围的雪原、冰原和永久冻土带,深入到西伯利亚、阿拉斯加、加拿大、格陵兰和斯堪的纳维亚半岛的大部分地区。2007年,北美洲北部地区的温度比1951年-1980年间平均气温上升了大约2℃,西伯利亚的部分地区升温超过3℃。

北极的迅速变暖意味着,很可能在本世纪末,地球最北端将升温10℃,到时候数百米深的永久冻土带将面临着融化的风险――北极地区不仅仅是一块易碎的反射镜,也是一个巨大的碳和甲烷的存储库,这些温室气体被固定在冻土之中或被埋藏在海床之下的冰结构中。

可怕的“解冻”

有人预测,到2030年的时候,北极将可能再无夏冰。通常,对生态环境感兴趣的人们对于冰原消失后果的讨论总是集中在依靠海冰捕猎的北极熊所面临的困境。然而,更大的问题还不在此。变暖的北极将改变整个地球,一些潜在的后果简直可以说是灾难。

比如,洋流变化会干扰亚洲季风,而将近20亿人依靠这些季风提供的雨水来种植粮食。更可怕的是,从融化的永久冻土带释放出的甲烷有可能产生反馈,导致全球气候失控――假如更多的甲烷被释放出来,那么,无论我们再怎样大幅消减温室气体排放,地球都会变得更热。最近的研究表明,从融化冻土带释放出的甲烷量要远远大于人们过去的设想。在过去10年保持静止不变之后,大气甲烷水平已开始再次升高,来源可能就是北极永久冻土带。

在北半球,有1/4的陆地地表包含永久冻土,即永久冻结的土壤、水和岩石。在一些地方,永久冻土是在最后一个冰河时代形成的,那时海平面很低,这些永久冻结带延伸在海洋之下,深藏于海床下。

现在,大面积永久冻结带开始消融,结果是快速侵蚀的土壤、扭曲的高速公路和管道、坍塌的建筑物,以及“醉倒的”森林。

然而,真正让人担心的是,包含于永久冻结带中的有机碳,它们以很久以前死去的动植物形式存在。比如,奇异的猛犸象已经被冰冻了数万年。当永久冻结带融化之际,其中的大部分碳都可能会释放到大气中。

没有人确切地知道永久冻结带中锁定了多少碳,但其数量似乎远比我们想像的要多。去年,由佛罗里达大学爱德华・索尔领导的一项国际合作研究表明,永久冻结带的碳含量是先前估计的两倍,约为16000亿吨――该数目大约是全世界土壤中碳总量的1/3,是大气中碳含量的两倍。

定时炸弹

索尔估计,按照标准情况,本世纪将有1000亿吨的碳会被解冻释放出来。如果这些碳都以甲烷的形式出现,那么,其产生的温室效应以目前二氧化碳年排放水平计,相当于270年的排放量。“这是一种缓慢运转的定时炸弹。”

已有4万年历史的东西伯利亚永久冻结带是一个热点。“全球碳项目”是一个分析碳循环的研究网络,共同主持该项目的菲利普・西艾斯说,仅东西伯利亚这一个地方就含有5000亿吨碳。他还指出,2007年的夏季,东西伯利亚时有比正常气温高7℃的情况。

高温意味着上层土壤的季节性融化延伸到超过正常的更深区域,永久冻土的下层开始融化。微生物能够分解任何融化层中的有机物质,不仅释放出碳,还会产生热,从而导致更深层的融化。西艾斯说,由有机质分解腐烂所产生的热是另一个加快冻土融化的正反馈。

融化在永久冻土中的碳既能以二氧化碳也可以甲烷的形式进入大气,后者是更强效的温室气体。在这些地区典型的沼泽土壤和湖泊的低氧条件下,有机物质会分解出更多甲烷的形式。

在低洼地带,随着含冰量很高的冻土融化,土地体积的缩减会导致地面塌陷,融化的冰水会形成热融湖泊。卫星勘察显示,这类热融湖的数目正在增加。而沃尔特和其他人的研究显示,它们可能正是甲烷的一个重要来源。

将这些研究集中在一起,最新的研究为我们描绘了一幅令人不安的景象。现有的模型没有包括物质分解所产生热量的反馈作用,所以,冻土实际融化的速度要比一般设想的更快。西艾斯说:“最深的永久冻土带有可能用不了500年,而是在100年内就会消失殆尽。”

永久冻土并不是甲烷的惟一来源,浅海的沉积物也可能含有丰富的甲烷水合物,这是一种内藏甲烷的冰形式(甲烷含量高的就被称为可燃冰)。让人担心的是,人们认为北冰洋下面储有大量的甲烷水合物。由于这里的水非常冷,人们可以在更接近地表的地方发现甲烷水合物。这些浅表沉积物对于地表水的升温更为敏感。

挪威特罗姆瑟大学的尤尔根・明内特曾分析过以往北极甲烷水合物的喷发,他认为,“全球变暖将引起更多喷发和更多释放。”

危险已经来临?

虽然自从前工业时代起,大气甲烷水平已经比过去增加了一倍,但在过去的10年前后,却没有多大变化。可是随后,在2007年,几百万吨的额外甲烷神秘地进入了大气层。利用遍布全球的甲烷监测器进行详细分析的结果指出,这些甲烷大部分来自远北地区。西艾斯说,西伯利亚的永久冻土带看起来像是最大的来源。

这种说法还有争议。麻省理工学院全球改变科学中心的马特・里格比曾经分析过甲烷激增,他说,我们还不能断定融化冻土的释放就是主要促成甲烷增高的原因,但“2007年西伯利亚异常温暖,而在气温升高的时候,我们有可能看到释放量的增多”。

升高可能仅仅是一种暂时现象,或某一大事件的开始。西艾斯说:“一旦这个进程启动,很快就会变得不可阻挡。”

沃尔特同意这种说法。她估计,现在只有几千万吨的甲烷被释放。“但是,还有几百亿吨可能被释放”,全球变暖的速度越快,释放量提高得就越快。

储存在远北的碳,有可能将全球温度提高10℃或更高,这导致释放出更多的温室气体,这些释放物再引起进一步升温――这种恶性循环最终将可能使气候失去控制。

洋流输送减弱的后果

对于北极冰融,还有一个值得关注的问题,这就是:越来越多的淡水涌入北冰洋。海冰范围和厚度的缩减已经增加了大量淡水,与此同时,河流入海的水量比半个世纪之前增加了10%。部分原因是由于空气变暖导致降水增加――温暖的空气可以容纳更多水分;另一部分原因是由于永久冻土带和冰雪融化的结果。然而,还有更多的淡水来自融化的格陵兰冰原。随着北极的进一步变暖,这些淡水溪流将会增多。

这些额外的淡水将使驱动热盐环流或叫做海洋输送流的泵力减弱。其中最著名的洋流是北大西洋湾流。这些传输是在所有大洋中进行的,它开始于大西洋的最北部,在格陵兰,通常密度高的水会冲入洋底,这里的水之所以变得致密,部分原因是因为温度低,还有一部分原因是因为形成海冰增加了盐度。随着大量额外淡水的涌入,当海水变得相对温暖、而且不再那么咸时,人们就会担心驱动热盐环流的泵力减缓,这有可能造成欧洲北部气温下降(极端情况即电影《后天》里面所描述的情形)。

即使洋流输送放慢也会产生巨大的变化。气候模型表明,海洋输送的变化会改变全世界的降雨模式。这些模型是以对过去海洋传送关闭期间气候如何改变的研究为背景的。

英国雷丁大学气候系统研究沃尔克研究所的董步文(音)说,最严重的后果,是大概会中断并可能完全毁掉亚洲季风,导致南亚的严重干旱。他说:“这可能会给这些国家造成巨大的社会和经济影响。”

再重复一遍,季风中断将会对南亚的社会和经济产生巨大影响。亚州季风是这块人口最为稠密的大陆上大部分地区最主要的水源。南亚的人口约为20亿,占地球人口的1/3,这里的人们依靠季风栽种粮食。