中国动物源CH4排放空间分布和时间变化研究

论文摘要

大气中温室气体浓度升高导致的全球暖化已成为世界经济可持续发展的障碍,是国际社会所面临的严峻挑战。甲烷（CH4）是大气中仅次于二氧化碳（CO2）的第二大痕量温室气体。IPCC第4次评估报告给出单位质量CH4的全球增温潜势（Global Warming Potential,简称GWP）是CO2的25倍（100年时间尺度）。据估算,全球大气中CH4的排放量已经超过其去除量。农业活动贡献了40%的全球各类源的CH4排放总量,而畜牧业又是农业源CH4排放的主体,且已成为人类活动CH4排放的最大来源,对CH4排放贡献显著。随着畜牧业的发展,牲畜养殖数量可能进一步增加,将有可能导致更多CH4的排放。中国作为畜牧养殖业大国,饲养的牲畜数量多,各种牲畜饲养量占全球饲养量的比例分别是：牛8.41%,山羊23.20%,绵羊15.46%,猪50.67%（世界粮农组织2006年数据）,这些牲畜都是CH4排放量较大的源。随着大众对动物产品需求的增加,动物饲养量会继续上升,动物源CH4排放有进一步增加的趋势。《联合国气候变化框架公约》要求包括中国在内的所有缔约方提供温室气体各种排放源和吸收汇的国家清单。有研究显示亚洲地区60-80%的温室气体是印度和中国排放的,所以探明中国畜牧业CH4排放量还有重大的外交战略意义。目前,相关的研究多集中于提高CH4排放量估算的可靠性和减小不确定性,对动物源CH4排放的空间分布和时间变化研究开展的不多。对于大气温室气体浓度的空间和时间变化特征主要是通过卫星遥感数据获得,而地面源估算的温室气体排放估算结果缺乏足够的时空特征与之对应,因此,开展地面源排放量的时间和空间变化研究是实现地面源与卫星观测对比分析的前提。动物源CH4排放主要包括两部分：牲畜消化道发酵所排放的CH4和粪便管理系统所排放的CH4,其中消化道发酵CH4排放是指反刍动物反刍过程中的CH4排放。本研究基于IPCC国家温室气体清单指南中方法2的模式与GIS技术结合,根据中国地区特征（如温度、饲养方式、粪便管理方式等）及相关动物亚类的特点得出的中国区县级排放因子,经过GIS等空间化处理,得到中国畜牧业CH4排放量的栅格数据。然后汇总计算出牲畜消化道CH4排放量（奶牛、水牛、黄牛、山羊、绵羊）、粪便管理系统CH4排放量（奶牛、水牛、黄牛、山羊、绵羊、猪）及年度排放总量。同时得出中国动物源CH4排放的空间分布和时间变化,并将IPCC估算动物源CH4排放的时间分辨率提高到季节和月份,空间分辨率提高到区县。估算结果表明：2004年中国大陆动物源cH4排放量为13.04百万吨,其中动物消化道排放11.64百万吨,动物粪便排放1.40百万吨。主要动物对排放总量的贡献率为：黄牛53.0%、水牛11.5%和山羊11.4%,三者排放量占了中国2004年牲畜排放总量的近四分之三。动物反刍过程中消化道cH4排放主要是黄牛,其排放量占总消化道排放总量的64.0%。在动物亚类的角度来看,总量排放贡献较大的亚类是：黄牛繁殖母畜和黄牛其他,这两者分别贡献了排放总量的23.8%、22.6%及消化道排放量的28.7%、27.3%。动物粪便管理系统中猪是主要的排放源,其占粪便管理系统排放总量的比例为73.1%,其中亚类猪其他贡献了63.9%的排放量。排放量较大的地区集中在黄河流域,主要是黄河下游和华北平原,另外西南地区也是排放量较大的地区。主要排放源的地区构成与畜牧产业带的分布高度吻合,其中河南省对于排放总量的贡献最大,占9.8%,其次是山东、四川、河北等省。消化道CH4排放量的空间分布与总量的分布相似,排放量较大的地区主要是反刍动物饲养量比较大的地区。粪便管理系统cH4排放较多的地区分布在牲畜饲养数量较多的河南、河北、山东等省和平均温度较高的四川、湖南、广东等省。中国动物源cH4排放总量和消化道cH4排放的时间变化特征不明显,而动物粪便管理系统cH4排放时间变化呈现出：夏季最大,春季和秋季次之,冬季最小。本研究估算的不确定性主要来自：估算模型的精度、活动水平数据、排放因子数据和GIS空间差值技术及参数空间化四方面。经过与其他研究估算结果比较发现,本研究估算的结果具有较高的可信度。通过误差传递方程计算对估算的不确定性进行定性评价,结果为：动物消化道cH4排放估算的不确定性范围为±35.10%,粪便管理系统排放估算的不确定性范围为±14.58%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 4'>1.1.1 气候变化与大气中的CH₄
• 1.1.2 中国牲畜饲养概况
• 4排放与研究意义'>1.1.3 动物源CH₄排放与研究意义
• 4排放估算的研究进展'>1.2 动物源CH₄排放估算的研究进展
• 4排放研究'>1.2.1 动物消化道CH₄排放研究
• 4排放研究'>1.2.2 动物粪便管理系统CH₄排放研究
• 4排放研究'>1.2.3 中国动物源CH₄排放研究
• 1.3 问题的提出、研究目的与内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 研究目的
• 1.3.3 研究内容
• 1.3.4 拟解决的关键问题
• 第二章 研究方案
• 4排放量的估算模式'>2.1 动物源CH₄排放量的估算模式
• 2.1.1 估算模式的基础与假设
• 2.1.2 排放总量的估算
• 2.1.3 估算模式的输入参数——活动水平
• 2.1.4 估算模式的输入参数——排放因子
• 2.2 输入参数数据库
• 2.2.1 气象数据
• 2.2.2 农业统计数据
• 2.2.3 土地利用类型空间数据
• 2.2.4 其他辅助数据
• 2.3 数据空间化方案
• 2.3.1 基础数据库格式
• 2.3.2 空间划分方案
• 2.3.3 投影坐标及栅格框架
• 2.3.4 温度插值方法和方案选择
• 2.3.5 农业统计栅格化方案
• 2.4 研究思路及技术路线
• 第三章 中国动物数量空间分布与排泄物估算
• 3.1 中国动物数量空间分布
• 3.2 中国动物排泄物估算
• 4排放量及时空变化'>第四章 中国动物源CH₄排放量及时空变化
• 4排放估算'>4.1 中国动物源CH₄排放估算
• 4排放的空间分布'>4.2 中国动物源CH₄排放的空间分布
• 4排放量的空间分布'>4.2.1 中国动物源CH₄排放量的空间分布
• 4排放的区域差异'>4.2.2 动物源CH₄排放的区域差异
• 4排放的时间变化'>4.3 中国动物源CH₄排放的时间变化
• 4.4 不确定性分析
• 4.4.1 不确定性来源
• 4.4.2 不确定性的量化
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究特色与新的认识
• 5.2.1 研究特色
• 5.2.2 新的认识
• 5.3 讨论与展望
• 4排放估算结果的比较'>5.3.1 中国动物源CH₄排放估算结果的比较
• 5.3.2 研究的不确定性
• 4排放量'>5.3.3 以两省县统计数据为基础估算动物源CH₄排放量
• 4减排措施'>5.3.4 动物源CH₄减排措施
• 5.3.5 进一步的研究
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 论文发表
• 学术会议