气候变化的话题很近，与人说起时又似乎有些遥远。但事实并不该如此。 现在如此严重的雾霾，虽然更多地源于短期的污染排放，但它与气候变化根本紧密相连 — 在物理意义的关联之上，更重要的，是我们的生活方式，我们的环境，是整个地球。 我常常希望能给家人、朋友讲我的工作，但没有一个合适的背景总觉得有些话没法自然地说出来。所以借一个有背景的人之口来说，或许会更触动人一些。 2016年年末人类象被施了魔咒，许多的公众人物相继辞世。Piere Sellers是其中一位。关于他的介绍看这里：https://en.wikipedia.org/wiki/Piers_Sellers Piere Sellers 在16年年初被诊断出胰腺癌晚期，在16年的圣诞节前夜离世。诊断出癌症之后，他在纽约时报写了一篇短文，《癌症与气候变化》，从个人的感触写了人类该如何面对气候变化。原文在这里：https://www.nytimes.com/2016/01/17/opinion/sunday/cancer-and-climate-change.html 17年新年之初，从美国飞往北京的航班上，在断断续续的清醒、昏睡的间隙，我把这篇文章翻译了一下。 癌症与气候变化 我是一个气候学家，刚被告知已在胰腺癌第四期。 这个诊断把我置于了一个很有趣的境地。我投入我专业生涯的大部分时间去思考关于气候变化的科学，而这个科学问题最好的观察尺度常以数十年计。在某种程度上我曾经确信，即使我现在已经60岁，我仍可以见证这个问题最关键部分的出现，也可能在我有生之年见证这个问题的解决。但现在我个体的生命地平线被急剧地缩短，我被逼迫着要去决定如何度过我的余生。气候变化这个问题是否还值得我继续思考？ 在处理完随这个诊断消息接踵而至的各种事务 — 告知家人、朋友、工作单位，处理一些财务，扔掉成堆未读的纽约时报书评，在众人的帮助下举办了一个大型的“限量版”假日聚会 — 之后，我终于有了些时间在厨房的餐桌边坐下，列一个遗愿清单。 很快地，我发现我全然没有意愿去与那些富有的旅行者们竞争攀登珠穆朗玛峰，也不想去那些美轮美奂的海滩抢夺一席之地，或者在一个无聊的一月下午玩什么游戏。反而，我意识到我真正想做的事是与相识相爱的人有更多时间相处，还有尽快回到我的办公室。 我在NASA（美国航空航天局）工作，管理着一大组的科学家一起研究整个地球（我需要说明这篇文章仅仅是我自己的观点，不代表NASA）。这些研究包括用卫星观测数据和强大的计算机模型探索气候与天气。这些模型描述了地球这个星球如何运行，排放大量二氧化碳到大气会发生什么。这份工作复杂，艰难，意义重大，却又迷人。 去年是有记录以来最温暖的一年。我想我们的后代在回望科学与政治决策通往联盟的征途时会认为2015年很重要，但却并非决定性的一年。达成这样的联盟超乎想象得艰难。在科学这边，过去15年持续地有证据显示气候变化是真实的，这个变化的轨迹很可能把我们领向一个即使不危险却也会极其难受的境地。在政策那边，刚刚在巴黎结束的气候会议设定了一个目标，要把未来全球的平均温度控制在比前工业时代高2摄氏度，或者3.6华氏度。 虽然许多人嘲笑这个协议不够权威，也无强制执行力，但值得注意的是，这些决策者们设定的目标是基于目前最好的科学结论，也在我们的计算机模型预估的能力范围以内。 能否控制在2摄氏度以内还有很多疑问，但我们必须尽最大的努力。对于那些超出这个目标的情境，我们设想的是全球降水和温度分布巨大的改变，对水和粮食危机产生巨大影响，以及严重的海平面上升。当预测温度上升时，模型的不确定性随之增长，而不可预估的灾难性事件的发生概率也会增加。 所有的这些变化将伴随着世界人口从现在的70亿增长到2050年的95亿。现任教皇方济各和一个退休军官组成的智库也做出了与计算机模型预测大致相同的结论： 真正能感受到这些变化最坏的影响的是世界上最穷困的群体，他们已经处在巨大的压力之下，仅有很贫瘠的资源去帮助他们适应这些变化。他们视自己为发达国家过度消费的受害者。回首历史，1789年法国革命的爆发原因对历史学家们并不神秘，遥想未来，那些导致各方各面激进主义和冲突恶化的压力温床也将随全球温度上升而炙热化。 回顾历史，去年也可被看作是“否定”的终结年。总的来说，大多数决策者现在相信了那些科学证据和预测，即使他们仍在挣扎着要选择何种方法去应对这些问题。而且，大多数的美国人 — 70%，根据最近Monmouth大学的一个问卷调查 — 相信气候正发生变化。所以也许现在我们才步入了这整个行业真正艰难的阶段。 最初的重活将不得不由决策者们来担当。我感同身受。面对一个重要但持久的议题要维护坚定的立场是困难的，而且要面对许许多多近期的问题，担心减低排放会削弱我们在全球经济中的地位，害怕其他国家可能会谎报他们的排放目标。 科学能提供的帮助是跟踪地球系统的变化—这是一个研究加监测的工作，由NASA和NOAA（美国海洋大气局）以及其他国家的相关部门领导—用我们日益强大的计算机模型去探索各种政策下的气候变化前景。这些模型也帮助我们决断哪种政策更现实，可以帮助我们在短期的经济影响和长远的气候变化之间找到平衡。 然而，最终，我们需要依靠工程师和工业家们来拯救。他们必须要开发新技术并找到实现这些技术的办法。象实现清洁能源的生产，储存和分配问题面临的技术和组织挑战是巨大的，他们必须在几十年内解决这些问题，还要将对全球经济的影响降至最低。很有可能他们要转向核能、太阳能以及其它可更新能源，还要将我们的交通系统最大化地转向电供。现在这些工程师和工业家在正确的创新力与投资环境下正全力以赴。可以参考他们在二战期间的成就：美国的技术和生产力超越了过去常规条件下可能需要几十年才能达到的成绩，1945年时的世界与1930年后期相比已完全不同。 我们其余的人应该做些什么？我想起两件事。第一，我们应该拥抱改变。改变是不可避免的。它会以气候变化的方式，以我们改变生产和使用能源的方式呈现。第二，我们应该准备好以适当的沉着姿态来接受改变。有些变化并不容易处理，比如海平面上升，但也有一些变化是正面的。新技术会以一种我们无法预估的方式改善我们的生活。如果我们谨慎对待这些挑战与风险，并没有令人信服、确切的理由要我们相信未来会比现在更糟。历史一再给我们展示人类如何脱离困境的例子。获胜者通常是现实、务实以及变通的人，失败者则通常不肯面对这些威胁。 至于我，我毫无怨言。我很感激我在这个星球的种种经历。作为一名宇航员，我曾在地球之上太空漫步220英里。在随国际空间站飞行时，我曾看过海洋上空的飓风漩涡，看过亚马逊河在森林铺就的绿色地毯中蜿蜒汇入大海，看过壮观的暴雨闪电在夜空中环绕赤道绵延数百英里。从这样的上帝之眼，我看见我们的地球是如何脆弱又无限珍贵。我对未来满怀希望。 所以，明天我会继续工作。
生态学笔记 17
在开始写下一轮之前，把IPCC 2001,2007和2014的三份气候变化报告里全球碳循环的图截出来，看看这十来年气候变化研究有什么进展，也可以说明生态学研究的扩展，还有我们象海军陆战队一样在野外工作的意义。这些图，从黑白到彩色从二维到三维，象研究一样，虽缓慢但一直在前进
生态学笔记 13-16
要把根的呼吸从土壤呼吸里分离出来，直接切根对土壤的破坏太厉害。换个间接的角度想，因为根的呼吸要依赖光合作用合成的有机物，这部分有机物必须从叶片经过树干输送到根，那么不破坏土壤的一个间接办法就是切断这部分能量源，所以就有了环割试验，切断有机物的输送，根也就停了呼吸 输送有机物的是树皮的韧皮部。环割(girdling)技术在果树栽培里用的很多，网上可以搜到很多说明。不过果树栽培里环割不能太彻底，否则树死不能结果，但是生态学试验割得很彻底，用来试验的树都死……顺便说，从根往上输送水分和营养盐的是木质部 (from Hogberg 2006) 用环割法虽不破坏土和根，但用来试验的树都死了。于是有人又想，怎么能够让树还活着，但是有机物的输送可以停止(或者说，几乎停止)，一个选项是把树干暂时冻起来。左边的照片，用铜管把树干裹上，在铜管里循环低温的防冻液，这样可以把韧皮部周围的温度降低到2度左右让细胞活动停止 这里看方法介绍，http://www.srs.fs.usda.gov/news/41 右边的照片就是对一片林子做冷冻操作，中间的大盒子估计是用来循环防冻液的，树干外面包裹的锡箔垫子是用来防止阳光对树干的加热。我虽觉得这也挺酷，不过想想一定很烧钱。方法在07年发表，这么些年没见推广… （之所以说生态学很跨界，这些各种各样的试验方法冷不丁就在生活的某个时刻能被用到。我若是做了这个冷冻试验，估计冬天给我们的房车做防冻处理就不用去求人了……） 关于把土壤呼吸分解为根呼吸和有机质降解的研究，从切根一路向上，切树干、冻树干，最后很自然就到了叶子，因为叶片的光合作用为根呼吸提供食物和能量来源。要把根呼吸分离开，把叶子去掉也是一个选择，目前没看到有人爬到树顶把叶子一片一片剪掉，有文章发表的是把叶子烧掉 发表的文章没有图片，在网上，包括作者的网页都没搜到图片。只好口述一下，这个操作过程感觉是类似消防员的工作… 用升降机把人送到树冠顶，然后用一把连着丙烷罐的火炬枪对着树叶喷火，每次大概喷10秒，叶子基本就焦了。所以这个方法叫做 foliar scorching 总结一下12-15把根呼吸和有机物降解从土壤呼吸里分离的方法，四个单词，trenching 挖沟，girdling 环割，chilling 冷冻，scorching 烧焦，可以对应的工种，战壕兵，果农，冷冻这个不知该对应什么….，消防兵
生态学笔记 12
直接在地表测的所谓“土壤呼吸”是个宽泛的概念，因为在地下除了真正的土(有机质)，还有植物的根系，所以宽泛的土壤呼吸其实包含了根的呼吸和微生物对有机质的降解，也就是我们常说的自养和异养呼吸。要试着把这两个过程分开，最直接也最粗暴的方法就是把根切断，停止根的活动 图片是从教科书里扒出来的，我自己没做过，猜想基本就是挖地沟战壕的办法，不过规模小些，从半平米到十多平米不等。象图片上那样，拿塑料布把中间的方块包上，再把土填回去，这样中间的小方块就假设根的呼吸没有了。但是这个方法问题多多，比如死根腐烂的影响，对小区域物理环境的改变之类…… 之所以要把这个过程分开，早年自然为了解植物和微生物的生理过程，现在又有了和气候变化的关联。因为植物自养呼吸是个快速循环过程，这部分碳从吸收到释放对大气的影响只是很短期的，但是异养呼吸的过程可能在气候变化的影响下把储存了百年千年的碳也释放出来，于是又有了正反馈效应，变暖导致变暖加速 Q: 咦，切断了不还会呼吸一段时间么 A: 是啊，所以这种方法要卡时间，一般要等些日子，等呼吸停止，死根腐烂之前做。一般都应该有对照试验，大概数据会显示出突变和稳定期这种，然后根据这些来选择最佳时间段的数据进行处理。不过这种粗暴的方法就是问题多多，但是实验设计的演变都从它们开始吧，呵呵
生态学笔记 10-11
说起观测，最常提的词大概是“时空代表性”。在一片森林或者草地背着仪器到处观测，就是为了有尽可能多的点来代表空间上的变化。对于时间尺度的变化，最好的就是用自动观测仪器。我最爱自动设备，因为在野外布好之后，只需定期去下载数据、检查设备就好，得到的数据却有成千上万 图片是现在常用的测土壤呼吸的自动设备，一般设置半小时采一次数据。第一张图是设备公司的宣传图，实际能这样做观测的项目组一定高富帅…自动设备到了湿地不能随便往地上搁，中间的图是我的加腿改良版。我虽最爱自动设备，可是也有悲催的时候，第一年没有经验，一场大雨过后，设备就成了第三张图的样子 被淹之后，必须把所有的设备拆除，从“水路”运到森林外的公路再运回实验室。晾干后把所有的设备全部拆开，检查是否进水。已经进水的仪器必须送回公司修理。密封良好的确认没问题后再装回。四根15米长的管子，每根用醇水混合物冲洗，再用气泵抽气吹干。幸好我们实验室不是高富帅，只有四个自动采样器 说了一堆测什么，试试说怎么测。话说测土壤呼吸其实很简单，就是把土壤盖起来，在很短的时间内，比如2分钟，让二氧化碳在一个封闭体系里堆积，然后计算单位时间里二氧化碳浓度增加的量就是所谓的呼吸量。自动设备的设计就是要控制这个盖子的自动开合。测的时候盖上，测完打开 (This gif is made from a LICOR youtube video https://youtu.be/Ck5FKreORjM) Q: 那个土壤呼吸仪只能测二氧化碳吗？别的气体行不行，比如甲烷什么的？ A: 那个还测水蒸汽，呵呵。直接测土壤呼吸的甲烷的自动仪器好像还没有。我的项目本来也考虑做甲烷，但是只能用便携的GC做手动观测。现在野外自动测甲烷的我只知道涡度相关法有对应的观测系统 Q: 我们组有做其他一些土壤气体的，比如砷的气态化合物，如果有好的原位分析方法，会非常有意思，但是测定是个麻烦的事情，现在只能异位收集富集，淋洗转液相测。 A: 那个土壤呼吸自动仪也是因为气候变化的问题市场越来越大，所以商业化很快，最初其实也是一些实验室自己设计的。现在连测二氧化碳的稳定同位素都开始自动化了。这个砷的气态化合物要自动化，估计也得实验室自己设计，现成的短期内估计很难找