[发明专利]一种半开放式气候变化原位模拟气室

说明书

技术领域：

本发明涉及气候变化模拟气室，特别是指一种可以在自然环境条件下模拟气候变化，研究气候变化对植物生长影响的装置，主要用于农田、草地、林业(低矮林木)及其它植物生长条件下的气候变化影响模拟研究装置。

背景技术：

气候变化是当今世界最重要的热点之一，对全人类生活的方方面面都产生着重要的影响，世界各国都在以节能减排为目标积极应对气候变化。政府间气候变化专门委员会(IPCC)是国际上最重要和最权威的应对气候变化研究机构，其第四次评估报告指出：气候变暖已是不争的事实，而且90％的可能是由于化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动排放的温室气体(主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等)导致大气中温室气体浓度增加所引起的。自1750年以来，由于人类活动的影响，全球大气二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)等温室气体浓度显著增加，目前已经远远超出了根据冰芯记录得到的工业化前几千年来的浓度值，其中CO₂浓度值从工业化前的约280ppm增加到2011年的390.9ppm，CH₄浓度值从工业化前的约0.715ppm增加到2011年的1.85ppm，N₂O浓度从工业化前的约0.27ppm增加到2011年的0.32ppm，且大气中温室气体浓度将呈持续增加趋势。在过去的一百年(1906-2005年)中，全球平均地表气温升高0.74℃。未来气候将进一步变暖，预计到21世纪末仍将上升1.1-6.4℃。

当今的气候变化以大气温室气体浓度(特别是CO₂)增加及温度的增加为主要特征，而植物对CO₂及温度又极其敏感，未来气候变化将对植物的生长产生重要影响，特别是对农牧业作物的影响，将关系到国家的粮食及畜产品产量和安全保障，因而研究气候变化对农作物及草地的影响是农业应对气候变化的重要前提。

为了研究气候变化对农作物、草地和森林等的影响，科学工作者采用各种增温及增加CO2的方式来模拟气候变化，使被监测的植物生长在未来可能达到的较高的CO₂浓度和温度下，通过观测植物的生长、产量和品质来评估未来气温增加和CO₂浓度增加的气候变化情景对植物可能产生的影响。目前主要有三种常用的气候变化模拟方式：第一种是开放式的自由空气CO₂加富(也称FACE)外加红外增温技术，它是在自然环增条件下建立一个大的动态释放CO₂的圈，再在圈层上方搭建红外加温方式。这种技术的最主要优点是在一种完全开放的环境条件下进行主动增加CO₂及温度，其主要缺点是硬件成本高昂，且CO₂气体和加热能源的消耗非常巨大，同时红外加温装置对光线有很大的遮挡，红外加温对作物生长及土壤也会产生一定的影响，另外还存在因风速影响造成CO₂释放或红外加热不均匀等缺点，目前世界上只有少数财力雄厚的研究机构能够做到；第二种是全封闭式的室内环境模拟室技术。这种技术是在室内环境中条件下，在一个封闭的腔体中采用人工控制植物生长所需的光、温、水、肥、气等条件，它的主要优点是较容易控制植物的生长条件，CO₂及加温用的能源消耗大大减少，但这种方式的最主要缺点是不大可能模拟出与植物生长比较一致的生长环境，植物的生长与大田生长差异很大，因而不能很好的反映气候变化对植物的影响，另外用于光照模拟的能源消耗也较大；第三种是半封闭式的室外气候模拟室技术，一般是在室外采用透明的板材搭建一种半封闭的系统，自然采光，外辅控温及控CO₂的系统，而且里面的作物大都是采用盆栽的方式，这种方法的优点是系统运行比较经济，且与外界环境条件相对比较一致，植物生长的环境与实际条件比较接近，但其生长条件与纯自然条件还是存在一定的差异，特别是植物生长在盆中，不能很好地代表野外的生长条件，且半封闭的系统对植物生长影响较大。因而总的来看，除了FACE外辅红外加热系统对气候变化模拟较好外，其余两种方式对植物生长的外部环境影响较大，对气候变化的模拟不够准确，但FACE系统的高昂成本使其发展受到很大的限制。