计算机模拟显示

　　由于人类大量燃烧矿物燃料和滥伐森林，造成了大量CO₂进入大气层，并导致全球气候变暖。这些过量的CO₂被陆地和海洋以“渗漏”的方式吸收。这种渗漏会给未来的气候变暖带来什么影响？科学家发现，从长远的观点看，它们对碳的有效吸收要比人们想象的小得多。根据计算，如果不考虑大气-碳循环联系，那么到2100年，全球陆地气温将只上升2.5℃，而不是预期的5.5℃。

　　目前，大气中每年增加的CO₂还不到所估计的排放量的一半，未进入大气层的碳是通过陆地和海洋的渗漏作用而被吸收掉的，所以气候的预测不仅要考虑未来的排放量，还要考虑这些渗漏是如何起作用的。因此，在进行模拟计算时必须建立一个将气候变化和碳循环相结合的模型。

　　以从事大气与环境研究的美国科学家考克斯为首的研究小组进行了几项模拟。在第一项模拟中，他们用以往的研究方法估计了假设气温维持不变时陆地生物圈和海洋所拥有的碳的数量。他们按照“工业应用”（IS90a）排放方案预估了CO₂的排放量。这个模型预测，陆地生物圈在21世纪将保持450 Pg的碳，而海洋则为300 Pg，合计为750 Pg（P是拍它，即10¹⁵[1975年国际计量大会确定的数字前缀]）（见表）。按照平均为7.5 PgCyr^-1计，这大约超过了所估计的当前吸收量的50%。陆地吸收的基本机制是由于大气层中CO₂的增加（CO₂富集）而造成了光合作用的增加。在海洋，则是指大气层中过剩的CO₂的碳溶解于水的表面并传到深处。

　　全球变暖及碳吸收模拟结果。吸收是指在陆地和海洋通过“渗漏”而从大气层吸收的总量。以往的研究对于一个给定的以不包括碳渗漏的全球变暖效应模型为基础的扩散方案已得出了经典的估计浓度。第一项模拟指出，一个基于IS92a“工业应用”的模型方案5排放750 PgC到陆地和海洋。第二项模拟显示，由这样一个模型所规划的大气层CO₂将导致在陆地变暖5.5℃以上。但是一项关于碳预测的交互检验显示仅有190 PgC被吸收，主要是因为陆地渗漏的变暖效应。第三项模拟显示，如果将“缺失”的560 PgC重新加入到模型之中，那么它们中的大部分最终将回到大气层。结果，整个陆地变暖升幅为8.0℃。

　　然后，考克斯用以IS92a的标准浓度确定的大气层CO₂来进行全球变暖的模拟，用去除了气候变暖因素后的模型进行预测，之所以这样做的原因是为了得出一条底线：如果在气候和碳的循环之间没有反馈，那么按照他们的模型的预测，气候会变暖多少？预测结果为，在陆地将变暖5.5℃。考虑了气候变化因素的关于陆地生物圈和海洋维持多少CO₂的这个模拟，提供了对气候和碳循环分别做模拟时估计的浓度的一种验证。结果是戏剧性的。陆地生物圈显示，在整个21世纪成为大气层中60 PgC的来源，而由海洋吸收的则下降到仅有250 Pg，二者综合的吸收仅为190 PgC而不是在第一项研究中所预测的750 PgC。

　　考克斯和他的同事的最后一项模拟是，既考虑气候又考虑了碳循环的模型以找出碳的去向。答案是大气层。这个模拟预测到2100年大气层中CO₂的浓度为980 p.p.m，而不是根据不考虑气候变化因素的模型所算出的700 p.p.m。在这个模型中，陆地生物圈释放了170 Pg的碳，而与此同时海洋中的碳则维持在400 Pg，碳的总吸收量为230 Pg，仅稍大于第二个模型。这一在大气层中增加的CO₂对于气候的影响是巨大的：整个陆地变暖8.0℃，比预估CO₂的气候模型要高2.5℃。

　　考克斯的模拟由于包含了气候反馈，因而比起那些没有反馈的模型，海洋对于碳的吸收要更大。但是这只是初始的，因为大气层中CO₂增加的比率支配了海洋中碳的渗漏。在对第一项和第二项模拟海洋吸收的对比显示，海洋中碳吸收的减少，20%以上最初是全球变暖所引起。

　　可用其他模型作进一步对照。一组用IS92a方案预估大气层CO₂的四个不同的气候模型，预测在下一个100年里海洋将维持240～470 Pg的碳（C. Le Quere）。如果初始估计值出现大的变化，是由于传送机制即从海洋表面去掉碳并将其带入深海的机制的差别，但是对海洋循环和生物圈是如何对气候变暖作出回应的这一点，我们还知之甚少，因此这两种效应的逐渐消失应当是一种暂时现象。

　　那么陆地的渗漏又是怎么回事呢？考克斯和他的同事的结论认为：部分是由于亚马逊雨林因干旱程度加剧而遭受的破坏，部分是由于在全球范围较暖的土壤中有机物氧化作用的增强。但是还有很大的不确定性。例如，一项美国的对比研究采用了若干组模型，估计CO₂的加倍将使任何地方碳含量的变化在+32.3%至-39.4%之间，其下限受制于对森林地带预测的减少和水压的提高；上限则受制于对森林地带预测的增加和由于变暖土壤中氧的循环更为活跃。

　　其他研究小组对比了第二代的陆上生物圈模拟，在这样的模型中，植被的范围是生物化学模型的两倍，碳所维持的范围可与海洋模型的结果进行比较（到21世纪有240～500 Pg的碳），但是只使用了一个气候模型。另外，这些模型并未包括陆地植被在气候中的直接效应，而这一效应趋向于增强全球变暖。

　　或许，对于陆地渗漏估计的最大的不确定性来自于CO₂的富集和土地氧化对温度的敏感性这样的假设。这些问题的答案决定了考克斯及其同事的结论。但是我们尚不能确信它们是否会成为21世纪的支配机制。

　　例如，一项对美国五个州森林所作的研究表明，没有发现森林面积由于CO₂的富集而有什么实质性的增长。这意味着有其他因素正在抵消这一富集效应。除了CO₂的富集，预期中陆地碳的渗漏将消失，土地的氧化作用将占支配地位，森林的再生将有助于补偿这一效应。再生的渗漏将随时间而降低。然而，根据考克斯和其同事的模型计算，CO₂的富集作用在21世纪仍很强。另一方面，土地氧化对温度的敏感性被用到这些模型之中。这一释放碳的主要途径，在全球变暖过程的很长的时间跨度内并不是始终如一地保持着的。

　　也有人认为，通过植树来提高碳的陆地维持量，可以在某些高纬度地区实际地提高全球温度，因为地球表面的颜色会因树木而变深，能吸收更多的阳光。

　　考克斯和他的同事估计，到2100年，全球变暖的过程由于在碳渗漏上平均每年减少6 PgC而导致大气层额外增加600 PgC。得出减少碳排放到大气层中去的机制这在经济上意义很大。发电厂用于收集和存贮CO₂的成本估计大约为每吨（因无法利用而排放的）碳200美元。即便不考虑能很好地降低这种成本的技术进步，以及减少CO₂排放的可能性，单单补偿每年因碳的渗漏而损失的6PgC的成本就有大约1.2万亿美元。这个计算结果，虽然过于简单，但却可能是反映了处于危急之中的我们的环境。