TS.2.1.1 大气中二氧化碳、甲烷和氧化 亚氮的变化

当前大气CO2和CH4的浓度远超过根据追溯到65万年前极地冰芯大气成分记录得到的工业化前数值。有多种证据证实这些气体在工业化后的增加不能归结为自然机制(参见图TS.1和图 TS.2)。{2.3, 6.3–6.5, FAQ 7.1}

冰期-间冰期冰芯资料

图TS.1. 南极冰芯中氘的变化(δD)(局地温度的代用资料)，以及来自冰芯资料和近期观测资料的大气温室气体二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)浓度的变化。资料覆盖65万年，阴影带状区域表示当前和以前的间冰期暖期。{改编自图6.3}

长生命期温室气体CO2、CH4和N2O浓度增加产生的地球气候的总辐射强迫，以及自1750年以来这些气体所产生总强迫的增加速率，在过去1万多年里是史无前例的(图TS.2)。在过去40年里，这些温室气体的总辐射强迫一直保持着大约+1Wm–2的增加速率，很可能比工业化时代前2000年中的任何时候至少快六倍，该时期的冰芯资料具有所需要的时间分辨率。在所有强迫因子中，这些长生命期温室气体所产生的辐射强迫具有最高的信度水平。{2.3, 6.4}

来自冰芯资料和当代资料的温室气体变化

图TS.2. 浓度和辐射强迫：(a)二氧化碳(CO2)；(b)甲烷(CH4)；(c)氧化亚氮(N2O)；(d)根据南极和格陵兰冰和积雪资料(符号)以及直接的大气观测资料(图a、b、c中的红色线条)重建的过去2万年里这些温室气体总辐射强迫的变化率。灰色区域表示重建的过去65万年的自然变率范围。辐射强迫变化率(图d中的黑色线条)是通过对浓度资料的样条拟合来计算的。冰芯资料所覆盖的年代际范围从快速积雪地点(如南极洲的Law Dome)的20年变化到缓慢积雪地点(如南极洲的Dome C)的200年。箭头表示CO2、CH4和N2O的人为信号被相应于缓慢积雪地点Dome C的条件平滑掉后所产生的辐射强迫变化率的峰值。图d 中出现在1600年左右的辐射强迫负变化率(显示出较高的分辨率)，可能是源自Law Dome记录中大约10ppm的CO2浓度降低。{图6.4}

大气CO2浓度已从工业化前的约280ppm，增加到了2005年的379ppm。在工业化前的8000年里，大气CO2浓度仅增加了20ppm，几十年到百年尺度上的变化少于10ppm，并且可能主要是由于自然过程。然而，自1750年以来，CO2浓度已经增加了近100ppm。过去十年的CO2年增长率(1995～2005年平均：每年1.9ppm)高于有连续直接大气观测以来的年增长率(1960～2005年平均：每年1.4ppm)。{2.3, 6.4, 6.5}

自工业化时期以来，大气CO2增加所产生的辐射强迫为+1.66±0.17Wm–2，其贡献显著大于本报告考虑的所有其它辐射强迫因子。在1995至2005年间，大气CO2增长导致其辐射强迫增加了20%。{2.3, 6.4, 6.5}

来自化石燃料使用以及土地利用变化对植物和土壤碳影响所产生的CO2排放是大气CO2增加的主要来源。据估算，自1750年以来，排放到大气中的CO2大约有三分之二来自化石燃料燃烧，三分之一来自土地利用变化。这些CO2大约有45%留存在大气中，30%被海洋吸收，其余的被陆地生物圈吸收。排放到大气中的CO2，大约一半在30年里被清除，30%在几百年里被清除，其余的20%通常将在大气中留存数千年。{7.3}

在最近几十年里，CO2排放持续增加(见图TS.3)。化石燃料燃烧产生的全球CO2年排放 量^[3]，从20世纪90年代的平均每年64±4亿吨碳增加到2000至2005年间的每年72±3亿吨碳。与土地利用变化相关的CO2排放量估算值，在20世纪90年代平均每年可能排放5～27亿吨碳^[4]，中值为16亿吨碳。表TS.1给出了最近几十年来CO2平衡的估算值。{2.3, 6.4, 7.3, FAQ 7.1}

自20世纪80年代以来，陆地生物圈对CO2的自然吸收过程(即表TS.1中的剩余陆地汇)以及海洋的吸收大约清除了50%的人为排放(即表TS.1中的化石燃料燃烧产生的CO2排放和土地利用变化通量)。这些清除过程受大气CO2浓度以及气候变化的影响。海洋和陆地生物圈的吸收在量级上是类似的，但陆地生物圈的吸收较不稳定。与20世纪80年代相比，20世纪90年代每年多吸收10亿吨碳。观测表明，在海洋表面溶解的CO2浓度(pCO2)几乎在所有地区都增加，与大气CO2增加趋势相同，但具有更大的空间和时间变率。{5.4, 7.3}

陆地生物圈对碳的吸收和存储源于植被生长、再造林变化和固碳所产生的吸收与异养呼吸、收割、毁林、林火、污染损害以及其它影响生物质和土壤的干扰因素所产生的排放之间的净差异。不同地区林火发生频率的增减已经影响到净的碳吸收。在北温带北部森林地区，由于林火造成的排放在近几十年里明显增加。利用大气观测网资料，通过反演研究估算的净CO2表面通量证明：在北半球中纬度地区陆地吸收很大，而在热带地区陆地—大气间的通量几乎为零，这意味着热带森林滥伐大致被森林再生长所抵消。{7.3}

所观测到的大气CO2增长率的短期(年际)变化主要受大气和陆地生物圈之间CO2通量变化的控制，海洋通量变率的影响较小，但很重要(见图TS.3)。陆地生物圈通量的变率受气候扰动的影响，气候扰动会通过植物生长影响对CO2的吸收，还会通过有机物的异养呼吸和林火所产生的腐烂影响CO2重新排放回大气。大气CO2增长率的年际变化主要源于厄尔尼诺—南方涛动(ENSO)事件，因为ENSO事件会影响陆地通量、海平面温度、降水以及林火的发生。{7.3}

CO2排放和增加

图TS.3. 全球平均CO2浓度的年变化(灰色条纹)以及根据两个不同的观测网资料所计算的五年平均(红色和下部的黑色台阶线条)。五年平均平滑了与1972、1982、1987和1997年强ENSO事件相关的短期扰动。五年平均中的不确定性由红色线条和下部黑色线条之间的差异来表示，其量级为0.15ppm。上部的台阶线条表示所有化石燃料燃烧产生的排放都留存在大气中而没有其它排放时可能产生的年增加。{图7.4}

目前尚不能可靠地量化大气CO2增加对大尺度陆地碳吸收的直接影响。大气CO2浓度增加和营养物沉积(施肥效应)可以促进植物生长。可是，大多数试验和研究表明，这种响应相对而言显然是短期的，并且与其它效应如水分和营养物的获得强烈相关。同样，气候(温度和湿度)对垃圾和土壤异养呼吸影响的试验和研究也不确定。注意，气候变化对碳吸收的影响在TS.5.4节中单独论述。{7.3}

2005年CH4浓度约为1774ppb，是工业化前浓度的两倍以上。在过去1万年间，大气CH4浓度在580～730ppb之间缓慢变化；但在过去两个世纪里增加了约1000ppb，是该气体在至少过去8万年里最快的变化。在20世纪70年代末期和80年代初期，CH4浓度增长率达到最大值，每年增长1%以上。但自20世纪90年代初期以来，增长率大幅度下降，在从1999至2005年的六年里，增长率接近零。当排放超过清除时，CH4浓度增加。近期增长率的降低意味着目前的排放几乎与清除相当，这主要是由于羟基(OH)的氧化。自TAR以来，使用两种独立示踪物(甲基氯仿和14CO)所进行的新的研究表明，没有发现全球OH浓度存在重大的长期变化。因此，自1993年以来，大气CH4增长率的降低可能是由于在总排放保持近似恒定期间大气接近平衡。{2.3, 7.4, FAQ 7.1}

自工业化时期以来，大气CH4浓度增加所产生的辐射强迫为+0.48±0.05Wm–2。在温室气体中，该强迫仅次于CO2位于第二。{2.3 }

当前大气CH4水平是由于持续的人为排放(大于自然排放)所造成的。根据观测到的浓度以及对清除速率的独立估算，可以很好地确定CH4总排放量，但来自单独CH4源的排放尚不能象总排放那样被很好地确定，并且大多是生物源，包括来自湿地、反刍动物、稻田和生物质燃烧的排放，来自工业源包括与化石燃料相关的排放的贡献较小。对CH4源的了解，以及对过去65万年间CH4浓度的自然范围很小(图TS.1)而自1750年以来CH4浓度剧烈增加(图TS.2)的事实的了解，可以确定观测到的CH4长期变化很可能是由于人类活动造成的。{2.3, 6.4, 7.4}

大气CH4增长率除了在过去15年里降低以外，还呈现出很大的年际变率，这尚未得到充分的解释。1996至2001年间年际变率的最大贡献可能源自湿地和生物质燃烧排放的变化。几个研究指出，湿地CH4排放对于温度非常敏感，并受到水文学变化的影响。现有模式估算指出，由于未来气候变化，所有的湿地排放会增加，但这种正反馈的量级变化很大。{7.4}

2005年N2O浓度为319ppb，大约比工业化前的数值高18%。在过去几十年里，N2O近似以每年约0.8ppb的速率线性增加。冰芯资料表明，在工业化前的11,500年里，大气N2O浓度的变化小于10ppb。{2.3, 6.4, 6.5}

目前，自工业化以来N2O增加所产生的辐射强迫为+0.16±0.02Wm–2，主要是源于人类活动，特别是农业及相关的土地利用变化。根据当前的估算，约40%的N2O总排放是人为的，但对单独源排放的估算尚存在相当大的不确定性。{2.3, 7.4}