为什么大气中二氧化碳的含量存在季节性循环?

Question

我正在做一些关于大气中$\mathrm{CO}_2$增加的功课。在其中一个图表上，它显示$\mathrm{CO}_2$的数量在5月达到峰值，在11月达到最低点。为什么会这样?它不应该一直上升吗?

Answer 1

总的来说，$\mathrm{CO}_2$的测量量增加了，但呈循环模式，如下图所示:

图片来源:美国国家海洋和大气管理局:大气二氧化碳趋势(该网站提供了大量观测数据集和图表)

这种波动是季节性的，这在网页上有解释随着更多的二氧化碳被添加到地球大气中，季节性二氧化碳的范围也在扩大(NSF, 2013)将季节性总结为

由于植物通过光合作用和呼吸作用，在春夏两季吸收二氧化碳，在秋冬两季释放二氧化碳，因此大气中二氧化碳的含量每年都有升有降。现在，随着燃烧化石燃料和其他人类活动排放出更多的二氧化碳，这种循环的范围正在扩大。

具体来说，这种影响在北半球更为明显

夏季，北半球的森林、其他植被和土壤中积累了更多的碳，秋季和冬季则释放了更多的碳

报道称，在日本北部观察到了每日和季节的变化日本札幌大气$\数学{CO}_2$的日和季节变化:人为源和生物源汇(Miyaoka et al. 2007)。

Answer 2

这些季节变化的幅度因地而异。下图描述了CO的变化₂阿拉斯加巴罗角(PTB)，加州拉霍亚(LJO)，莫纳罗亚天文台(MLO)，圣诞岛(CHR)，萨摩亚(SAM)和南极(SPO)在过去60年的水平。

^{来源:Scripps $\text{CO}_2$程序，全球站点$\text{CO}_2$浓度趋势．}

请注意，在这60年里，所有地点的$\text{CO}_2$浓度普遍增加。北半球的地点(巴罗角、拉霍亚和莫纳罗亚)也有季节变化，其中巴罗角的变化最大。南半球(圣诞岛、萨摩亚和南极)的遗址显示季节变化大大减少，在萨摩亚和南极基本上消失了。

造成这些变化的原因之一是北半球和南半球大气之间相对缓慢的混合。北半球大气的变化进入南半球大气需要大约一年的时间(反之亦然)，而北半球的变化迁移到南极则需要更长的时间。这种缓慢的混合时间意味着季节变化仅限于它们发生的半球。

北半球与南半球的陆地与海洋比例差异很大，在热带地区以外的地区差异更大。北半球大面积的温带陆地是造成CO季节性变化的主要原因₂北半球的水平。植物吸收CO₂在春季和夏季从大气中释放CO₂回到秋天和冬天的大气层。

引用:

“为什么季节性CO₂在北纬地区波动最大?”斯克里普斯海洋研究所

丹尼尔·詹姆斯·雅各布等人，“大气分布⁸⁵Kr用环流模型模拟，“Journal of Geophysical Research 92:D6(1987)。

Answer 3

由于北半球和南半球的土地和植物数量不同，植物的呼吸作用在季节中并不均匀分布。南半球的土地要少得多。在北方冬季，碳的释放增加，然后到5月北半球有足够的碳吸收(由于光合作用的增加)导致二氧化碳记录下降。然后北方的夏天结束了……秋季开始，净$\ce{CO2}$开始再次上升。