碳循環特點范文
時間：2024-04-09 17:57:31
導語：如何才能寫好一篇碳循環特點，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
【關鍵詞】循環流化床鍋爐；燃燒；效益
循環流化床鍋爐主要由燃燒系統、氣固分離循環系統、對流煙道三部分組成。其中燃燒系統包括風室、燃燒室、爐膛、給煤系統等幾部分；氣固分離循環系統包括物料分離裝置和返料裝置兩部分；對流煙道包括省煤器、空氣預熱器等幾部分。循環流化床的燃燒方式采用了低溫、分級、循環燃燒的方式，既控制了NOx的生成，又可在爐內添加石灰石進行簡單的爐內脫除SO2，具有較好的環保性能。
1.循環流化床鍋爐的優點
1.1燃燒效率高
國外的循環流化床鍋爐效率能達到99%，我國循環流化床鍋爐效率也能達到95～98%。能有這么高效率，很大一部分原因在于煤粒在循環流化床鍋爐爐膛內能充分燃盡。
循環流化床鍋爐燃燒屬低溫燃燒。燃料由爐前給煤系統送入爐膛，送風一般設有一次風和二次風，有的生產還設置三次風。一次風由布風板下部送入燃燒室，主要保證料層流化；二次風沿燃燒室高度分級多點送入，主要是為了保證充足的氧量保證燃料燃盡；三次風進一步強化燃燒。燃燒室內的物料在一定的流化風速作用下，發生劇烈擾動，在高速氣流的攜帶下離開燃燒室進入爐膛，其中較大顆粒因重力作用沿爐膛內壁向下流動，一些較小顆粒離開爐膛進入物料分離裝置，爐膛內形成氣固兩相流，進入分離裝置的煙氣通過對流煙道內的受熱面吸熱后，離開鍋爐。循環流化床鍋爐一大特點是采用分離回料裝置。分離回料裝置有慣性分離和旋風分離兩種。
1.2煤種適應性強
循環流化床鍋爐對低熱值無煙煤、劣質煤、頁炭、爐渣石矸等都有很好的適應能力，適應性比煤粉爐、層燃爐好。原因一個是循環流化床配備分離回料裝置能夠保證煤粒得到充分地燃燒，另外，循環流化床鍋爐使煤粒在爐內產生一定的流化，保證煤粒能夠得到充分燃燒。國產循環流化床采用較低流化速度（4.5m/s～5.5m/s）較低循環倍率約（10～20），能夠減小分離受熱面的磨損。此外，循環流化床鍋爐不僅可全燒當地煤，還可摻燒鄰爐（如鏈條爐）的爐渣。
1.3添加石灰石，有較高脫硫效果
循環流化床爐內燃燒過程中產生氧化硫與流化床爐燃燒添加劑一氧化鈣發生反應：CaCO3=CaO+CO2；CaO+SO2+（1/2）O2=CaSO4。
石灰石脫硫劑在多次循環過程中，延長了與煙氣中SO2的接觸時間，Ca/S比顯著降低，即以少量的石灰石達到較高的脫硫效率，脫硫效果可達95%，產生硫酸鈣隨渣排出。這種低倍率循環流化床鍋爐適用于20t/h、35t/h、65t/h容量等級的發電鍋爐和工業鍋爐的舊爐改造，在利用當地劣質煤資源方面尤效顯著。另外，含有硫酸鈣的灰渣是綜合利用的好材料。
1.4添加石灰石，降低了氮氧化物生成量
煤粒和添加的石灰石在爐膛內以800～900℃溫度燃燒，可以控制NOX的生成。這是因為生成的NOX被爐子部未燃燒的碳或CaO還原，因此減少的NOX的排放。
1.5系統簡單，運行操作方便
從原煤到落煤經螺旋給煤機進入爐膛；一次風經布風板引入爐膛底部；煤粉（10mm以下）懸空燃燒；二次風從前后墻引入，起助燃攪拌作用；隨煙氣向爐膛尾部帶起走的較大顆粒旋風分離器后返回到爐膛，循環燃燒，進入尾部煙道只剩下很小的灰粒。經過上述簡單流程，鍋爐即達到應當的蒸汽量，滿足汽輪機蒸汽品質要求。經初步估算，使用流化床鍋爐廠房，土建費用節約10%左右，與煤粉爐相比，設備費用節約20-30%，運行人員操作的輔機設備少，控制簡單。
1.6灰渣綜合利用，前途廣泛
渣中有一定的硫酸鈣，可作各種建筑材料的摻合料，水泥行業、制磚行業利用灰渣前途最廣泛。該爐型推廣應用可減少除灰渣場地，對無灰場條件的中小城市而言，不僅可以大大改善環境條件，而且可以推進建材行業的發展，變廢為寶，使煤炭發揮綜合效益。
2.循環流化床鍋爐的技術特點
2.1燃料適應性廣
由于大量灰粒子的穩定循環，新加入循環流化床鍋爐的燃料（煤）將只占床料的很小份額。由于循環流化床的特殊流體動力特性，使其中的質量和熱量交換非常充分。這就為新加入燃料的預熱、著火創造了十分有利的條件。而未燃盡的煤粒子通過多次循環既可增加其爐內停留時間又可多次參與床層中劇烈的質量和熱量交換，十分有利于其燃盡。這就使循環流化床鍋爐不僅可高效燃用煙煤、褐煤等易燃煤種，同樣可高效燃用無煙煤等難燃煤種，還可高效燃用各種低熱值、高灰分或高水分的矸石、固體垃圾等廢棄物。
2.2截面熱強度高
同樣由于流化床中劇烈的質量和熱量交換，不僅使燃燒過程能在較小截面內完成，還使爐膛內床層和煙氣流與水冷壁之間的傳熱效率也大大增加。這就使循環流化床鍋爐的爐膛截面和容積可小于同容量的鏈條爐，沸騰床鍋爐甚至煤粉爐。這一點對現有鍋爐的改造尤其具有現實意義。
2.3污染物排放少
可利用脫硫劑進行爐內高效脫硫是循環流化床鍋的突出優點。常用的脫硫劑是石灰石。通常循環流化床鍋爐的床溫保持在800-1000oC之間，過高可能因床內產生焦、渣塊而破壞正常流化工況，過低則難以保證必要的燃燒溫度。而這一區間正是脫硫反應效率最高的溫度區間。因而在適當的鈣硫比和石灰石粒度下，可獲得高達80%-90%的脫硫率。同樣由于較低的燃燒溫度，加以分級送風，使循環流化床鍋爐燃燒時產生的氮氧化物也遠低于煤粉爐。
2.4鍋爐負荷適應性好
循環流化床鍋爐中床料絕大部分是高溫循環灰，這就為新加入燃料的迅速著火和燃燒提供了穩定的熱源。因而循環流化床鍋爐的負荷可以很低，如額定負荷的30%左右，無需輔助的液體燃料，也不會發生煤粉爐難于保持正常燃燒甚至熄火的情況。 由于同樣原因， 循環流化床鍋爐能夠適應負荷的快速變化。
2.5燃料制備系統相對簡單
循環流化床鍋爐無需煤粉爐的復雜的制粉系統，只需簡單的干燥及破碎裝置即可滿足燃燒要求。另一方面，與循環流化床鍋爐相比，鏈條爐雖一般不需燃料制備裝置，但其燃燒效率一般很低。為保證燃料在鏈條爐排上的高效燃燒，燃料顆粒必須很均勻，這樣的燃料制備裝置同樣會比循環流化床鍋爐的復雜。
3.循環流化床鍋爐的環保效益
3.1低溫燃燒，低NOx排放
循環流化床鍋爐的燃燒溫度在950℃以下，屬于低溫燃燒，在這個溫度區間內氮氧化物不易生成，這一點是與其它燃燒方式的鍋爐重要區別之一，也就是說再不必增加任何設備及運行投入的情況下就可以實現低NOx排放。
3.2爐內脫硫
在燒高硫煤并需要脫硫時，可利用白云石廢料，破碎到0-4mm的碎末，與煤一同送入爐內，流化床特有的燃燒方式可在Ca/S=2時大量降低煙氣中SO2，脫硫效率可>80%，每噸煤只增加數元費用。
篇2
“生態系統中的物質循環和能量流動”是蘇教版八年級《生物》下冊第25章第二節,本節內容綜合性較強,既涉及光合作用、呼吸作用、生態系統、食物鏈、食物網等方面的知識,又涉及能量流動和物質循環;不僅與生活和生產密切相關,又與全球的環境、資源密不可分。能量流動是一個比較抽象的過程,各營養級中能量的來源和去路比較復雜,學生理解難度相對較大。但八年級學生已具有一定的分析問題能力,又學過水(氧)循環以及生態系統組成等基礎知識。另外,生活經驗也提供給他們大量相關的信息,學生對生物學主題中與實際應用和社會問題相關的內容興趣較濃,這是學習本節內容的有利條件。為此,本節教學以生態系統的能量流動及特點和碳循環過程作為重點,將生態系統能量流動的特點分析及能量流動和物質循環的關系作為難點,應用問題情境、閱讀、小組討論、比較和師生談話等多種教學方法,引導學生主動學習,建構自己的認知體系。在教學過程中學習分析、總結,學會思考。教學設計如下。
2教學目標
2.1知識目標
描述生態系統中的能量流動和物質循環;描述生態系統中的能量流動和物質循環的特點;說出生態系統中能量的最初來源。
2.2能力目標
通過分析總結,培養運用科學知識分析和解決實際問題的能力;通過圖片的觀察,培養識圖、觀察和分析能力;通過討論、交流,培養語言表達能力、小組合作能力。
2.3情感態度和價值觀
正確認識人類作為生態系統中的一員在物質循環和能量流動中的作用,增強環境、資源意識,更加熱愛大自然和保護大自然。
3教學過程
課前教師準備多媒體課件,學生預習本節課本內容,并搜索相關資料。
3.1引入
播放紀實視頻“實拍灰狼欲捕食羊群,遭到牧民策馬驅逐”片段,學生觀察:在草原上,一只野兔遭灰狼的追逐最終被捕食,狼欲捕食羊群,遭到牧民策馬驅逐。精彩、直觀的視頻展示引入新課,以激發學生興趣。創設問題情境:能否說出草原上一條食物鏈?學生很容易回答:“草兔狼;草羊狼”等。進一步提問:兔(羊)的能量從哪里來?兔(羊)的能量到哪里去了?學生思考后回答……,那么生態系統的能量是怎樣輸入的呢?又是怎樣傳遞和散失的呢?讓我們一起來共同探究。
3.2生態系統的能量流動
提出問題:從上述的食物鏈中,大家知道了兔(羊)靠吃草獲得能量,那么草的能量又從哪里來的?按以下步驟展開教學:(1)第一步指導學生閱讀教材第一自然段文字,設置問題①生態系統的能量最初來源是什么?②能量進入生產者的途徑是什么?③能量來源的起點是什么?④流動的渠道是什么?設置問題情境導讀,引導學生思考、分析,可以提高閱讀效率,教師鼓勵學生大膽發言,激發競爭意識。(2)第二步嘗試分析“草兔狼”食物鏈中的各個營養級以及所屬的生物組成,學生分析后作匯報(如下),明確“營養級”概念。(3)第三步呈現課件“生態系統能量流動的示意圖”并提出問題:能量是怎樣流動的?有何規律?指導學生閱讀教材第二自然段并分組討論,教師可作為參與討論者,與學生一起討論。師生交流:輸入第一營養級的能量,一部分在生產者的呼吸作用中以熱能的形式散失了,一部分則用于生產者的生長、發育和繁殖。在后一部分能量中,一部分被分解者利用,還有一部分被植食性動物攝取,這樣能量就從第一營養級流人第二營養級,以此類推……教師再問:能量從一種生物傳到另一種生物,是不是百分之百傳遞?為什么?(不是,因為有一部分散失了)能量從哪種生物又流向哪種生物?(由被取食者流向取食者)在食物鏈中,能量流動能不能倒流過來?教師引導學生觀察這條食物鏈中各營養級的排序是否可以變動(不能,單一方向)。能否總結能量流動特點?學生:逐級遞減,單向傳遞。接下去,可展示“生態系統的能量流動”動畫(配解說),豐富學生的感覺視覺,加深學生對能量流動的理解,有突破教學難點;繼續展示“能量金字塔”,闡明其含義及特點……通過層層遞進,引導和分析,使學生獲得新知,進一步完善認知結構。
3.3生態系統的物質循環
過渡:生態系統能量流動伴隨物質的循環,能量由太陽提供,物質由地球提供的,為什么生態系統中的大量物質,億萬年來沒有被耗盡呢?是因為物質可以被循環利用的。教師引導學生寫出光合作用和呼吸作用的公式,說明二氧化碳在此過程中的作用,從回顧舊知入手,通過知識遷移把新舊知識融會貫通。課件呈現“碳循環示意圖”并指導學生分組討論,思考每一個箭頭代表的生理過程及物質名稱,可設置思考題:①碳在大氣中以什么形式存在的?②碳在生物體內以什么形式存在的?③大氣中二氧化碳的主要來源?④地球上無數的生物每天都要消耗大量氧氣并產生大量的二氧化碳,為什么我們沒有缺氧?⑤嘗試描述碳循環的過程。通過圖片觀察提高學生的識圖能力,培養學生的觀察、分析能力,在討論和交流中,也鍛煉學生的語言表達和小組合作能力。接著,播放“生態系統中的物質循環”動畫,然后師生共同歸納碳循環的含義:碳(元素)循環是指生物(群落)與無機(非生物)環境之間進行的循環;碳循環的范圍是全球性的,特點是全球性往復循環。引導學生繼續探討:物質是可以循環利用的,那么地球上的資源是不是用之不竭?亂砍濫伐和大量燃燒化石燃料對生態系統的碳循環有沒有影響?你有什么建議?談談自己的看法。同學們各杼己見。課堂延伸引導學生利用新知識去解決實際問題,學以致用,同時也增強了學生的環境、資源意識。
篇3
所謂“問題引導”是指教師根據以往的教學經驗和學生的學習需求，在對教學要求進行準確把握，即對材料的價值、目的、重點、難點、疑點及整體結構的準確把握，將課本知識分門別類、按層次由低到高歸納成有系統的“問題”（教學任務），明確學生原認知結構中不利于領悟新知識，形成新認知結構的“前概念”，使“問題”具有合理的高度和梯度。教師的“問題引導”十分必要，它是學生自主探究與合作探究的基礎，也是發現問題、提出問題、產生“問題意識”的前提。
通過預設教學目標，加強問題教學，實施主動查漏等手段，對提高學生主動性學習能力略有成效。比如在生物學學習中對概念的學習就可以很好的“放手”讓學生學習。生物學很注重基礎概念的教學，正確理解基礎概念是學好生物的前提。那怎么才能體現學習的主動性呢？比如在進行內環境的概念教學時，為了更好的體現學生主動性的提高，內環境概念的內涵就由學生自己進行分析討論，教師只是給予一點提示即“由內環境是體內細胞生活環境出發”。再如，進行生態系統概念教學時，由學生對個體、種群、群落和生態系統進行比較，確定它們之間的內在關系和區別，更好的學習好幾個概念，這樣學習會在學生的內心深處留下深深的印記，達到概念教學目的的同時，讓學生很好的參與到教學過程中，使課堂不再枯燥，使學習不再是“接受填灌”。在進行個別活動的同時也有集體活動。
在提高學生學習主動性方面，具體從一下幾個方面進行操作：
一、目標明確，以問題貫穿全課堂，旨在提高課堂學習效率。
教學目標是師生通過教學活動預期達到的結果或者標準，是對學習者通過教學以后將能做什么的一種明確的具體的表達，主要描述學習者通過學習后預期產生的行為變化。設計明確的教學目標，有利于提高學習效率。同時，在明確教學目標后，要制定相關有價值的問題，以問題進行教學，會把學生都拉入到整個課堂學習中。比如，在“生態系統的物質循環”一節的教學中，要明確的設定“以碳循環為例，分析生態系統的物質循環”這個目標。學習的本節的目的是“可以對生態系統的物質循環進行分析”，既然是以“碳循環為例”，那提示學生：首先要解決的問題就是“碳循環是怎么回事”。所以，再針對碳循環進行問題設計，比如“碳通過什么生理過程以什么形式由無機環境進入到生物群落？”“在生物群落內部又是通過什么形式進行流動的？”等等。有了這樣的教學目標，有了這樣的問題設計，學生會很自覺的根據提供的問題，采用討論、交流，有時候甚至是爭論的方式進入到碳循環的學習中。這樣，教學也就有導向，教學也才會有的放矢。實際上，簡單地說，這是給學生明確了學習任務，避免他們無事可干，目的在于提高時間的利用率，提高學生課堂效率。
二、問題引領，以解決問題為課堂教學的核心。
實際上，可以把這一點歸入到第一點中。問題是思維的起點。通過、強調利用問題來進行教學進行學習，把問題貫穿于課堂始終。這就是把問題看為學習的動力、起點和主線。要使學生不至于喪失學習興趣，最好的方法莫過于讓他們親自體驗和感受學習的樂趣。這種樂趣的獲得最簡單也是最直接的方法就是問題的解決。例如，在上述教學實例中，碳在無機環境與生物群落之間流動的形式是什么？如何在碳循環實例中區分生產者、消費者和分解者？這些問題都是進行問題教學的實例。學生通過這些問題的解決，既可以獲取新的認知，又可以體驗感受到收獲的喜悅，同時這樣的學習更會提高他們的表達交流能力。通過解決問題，可以促進學生的學習興趣，刺激促進他們產生求職的欲望，在學習中獲得快樂，在快樂中學習，形成良性循環，使教師教學、學生學習進入到良性軌道。
教師對問題的設置要具有開放性的特點，“題干”留有可供學生思考的余地，以利于學生大膽想象，提出具有個性色彩的、與眾不同的思維方法或答案。問題設置的開放性還要求教師在設置問題的過程中，要充分吸收學生的意見，讓學生參與問題形成、探究和解決的全過程，調動教學主體主動參與，以激發學生思維的主動性，實現由“教師帶著教材走向學生”向“教師帶著學生走向教材”和“學生帶著教材走向教師”的轉變。
三、典型例題重點訓練，事半功倍。
典型例題是培養學生各種解題方法，思維能力的良好載體。在學生學習完某些知識后，要精選一些典型例題進行精練精講。這樣既可以強化教學內容，又可以避免學生陷入題海之苦。同時，學生練習反饋回來的信息又有助于調整教學進度，調整教學方式，便于在下一課，或者下一屆中進行有效的具有針對性的改善，收到事半功倍之效。
當然，要改變學生現有的學習方式學習習慣，畢竟不是朝夕之事。同時，由于時間比較緊迫，教學任務繁重，老師要承擔“三苦”，即備課難度大——艱苦；精神壓力大——痛苦；體力消耗大——辛苦。在提高學生學習主動性的過程中，教師要對學生有足夠信心。尤其是基礎較薄弱點學生，學習能力不高，教師不敢輕易放手，以致于見效不快不夠。另外，對于學習能力低的學生還存在一個共同點，就是他們都不喜歡與同學進行學習交流，因此實施主動性學習方案有一定難度。另外，教師更要鉆研教材，鉆研課標，使教學不偏不離；加強學法指導。俗話說，給學生一滴水，老師要準備一桶水。作為學生學習的組織者和引導者，教師要有從簡單現象中提煉出事物本質的能力，能從一般中看到特殊，能從特殊中看到一般的能力。這是一個長期磨練的過程。如對“生態系統的物質循環”的教學中，要歸納概括出如何區別生產者和大氣環境的CO2，以及分解者。
篇4
關鍵詞：森林生產力；高分辨率DEM；立地條件；估算模型;馬尾松;桉樹
中圖分類號：S718.556;S711文獻標識碼：A文章編號：1671 - 3168(2012)01 - 0018 - 05
Application of High Resolution DEM on Forest Productivity Estimation
WEI Jinli1,3, LING Ziyan1,3, CEN Juyan2, WANG Guobo1
(1。Geomatics Center of Guangxi, Nanning 530023, China;
2。Guangxi Forest Inventory and Planning Institute, Nanning 530011, China;
3。Geospatial Information Application Joint Laboratory of Guangxi, Nanning 530023, China)
Abstract: Taking Masson pine and Eucalypt as study examples, comparative analysis of Terrain factor surveyed or calculated by 1:10000 DEM was conducted, combined with tree age and soil factor, high resolution DEM was applied to build estimation model of different forest species' productivity, and the function of high resolution DEM in forest productivity estimation was discussed in this paper。 The results showed that: ①Terrain factor surveyed can be replaced by high resolution DEM calculated to establish model, which will reduce labor cost and support for forest ecosystem and carbon cycle research。 ② It's reasonable and feasible to establish Eucalypt productivity model with landform condition factors, but can't only take these factors to build Masson pine productivity model, and both of the species' models established by tree age and landform condition are better。
Key words: forest productivity, high resolution DEM, landform condition, estimation model; Masson pine; Eucalypt
收稿日期：2012 - 01 - 30.
篇5
一、合理運用插圖，激發學生的學習興趣
興趣是最好的老師，學生有興趣學習，才能變被動為主動，積極探索學習。在進行蘇教版七年級下冊《人體的消化與吸收》教學時，將插圖“消化系統組成模式圖”復制下來，以小組為單位，分發給學生，讓學生邊剪邊記住圖中器官的形態結構和名稱，再讓學生自己進行拼接，經過練習后，讓學生進行比賽，在黑板上貼出各器官的正確位置，看哪組學生貼得又快又準確，將插圖和游戲結合，讓學生在娛樂中學到知識，不覺得枯燥乏味，寓教于樂。
二、合理運用插圖，提高學生觀察能力
在學習《植物光合作用場所》時需要觀察葉片橫切面，學生在教師提供正確的觀察方法和必要的指導下，先進行實驗，然后觀察課本插圖“葉片結構示意圖”，進行對照、比較，并討論各結構的功能，從而使學生對葉片的結構和功能有更深刻的記憶和理解，培養學生觀察力的敏銳性和深刻性，對“結構和功能相適應”這一觀點形成更為深刻的理解。
三、合理運用插圖，增強學生對知識的理解和記憶
在學習七年級上冊《植物細胞的結構和功能》、《人和動物細胞的結構和功能》時，學生對于生物體的細胞結構既感到好奇又不能完全理解，實驗又不能觀察到所有的結構（如線粒體等），細胞結構模式圖則能實際、直觀、科學、形象地展示生物細胞的微觀結構，讀圖后對結構一目了然，在學生腦海中形成了形象記憶，通過讀圖，學生清楚認識了植物細胞中有哪些結構，動物細胞中有哪些結構，各結構的形態一目了然，學生容易記憶。并通過引導學生比較這兩幅圖，使學生明白動物細胞結構與植物細胞結構的相同點和不同點。相同點有：細胞膜、細胞質、細胞核，細胞質內都有線粒體。不同點：植物細胞有細胞壁、液泡、葉綠體，動物細胞則沒有。這樣學生也就理解了動物體與植物體不同的原因。如果教師再結合課文內容說明各結構的作用，就會使學生樹立結構與功能相適應的生物學觀點。
四、合理運用插圖，訓練學生的想象力
生物是一門自然科學，有許多看不見、摸不著的內容，學生對抽象的概念缺少感性認識，例如七、八年級生物教學中，都提到了生物主要的遺傳物質――DNA，對于DNA的結構只有八年級具體介紹，但是對于具有空間結構的DNA來說，插圖缺乏空間感和實物感，學生很難理解雙螺旋的真正意思。因此，教師要展示插圖，激發學生想象力，培養空間思維能力，讓學生動手做出模型，再出示DNA分子模型進行直觀觀察，比較學生作品和模型的差別，使學生在頭腦中形成準確的空間概念。
五、合理運用插圖，啟發聯想
七年級下冊《血液循環》中重難點較多，在學習動脈、靜脈、毛細血管這部分內容時，首先通過比較插圖中三種血管的形態結構，啟發學生對其生理功能、位置、特點的聯想等，然后通過設計表格，進行比較學習。
六、合理運用插圖，化繁為簡
八年級下冊《生態系統中的能量流動和物質循環》中，插圖“生態系統中的碳循環”比較復雜，箭頭較多，學生不易弄懂碳元素是如何完成循環的。因此觀察時，教師可以合理設計一些問題讓學生思考：如碳從大氣中通過什么途徑到達生物？生物中的碳通過什么途徑又回到大氣中？綠色植物在碳循環中具體有什么重要作用。讓學生自己完成教師布置的相關問題，完成方框內的填空，引導學生練習，即可變得簡單，容易掌握。
七、合理運用插圖，培養學生熱愛科學、勇于探索的情感
七年級下冊《血液和血型》一課之后的課外閱讀材料《輸血技術的探索》，教師在教學中應讓學生充分感受科學家的思維方法、科學態度，讓學生充分意識到科學創造與發明并不那么簡單，要經過艱辛而漫長的過程，讓學生理解科學發展離不開不斷探索，在探索過程中會經歷很多失敗，但只要堅持下去不斷探索，一定能攀上高峰。
八、合理運用插圖，培養學生的語言表達能力
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關鍵詞 濃度目標; 溫室氣體; 排放路徑; MAGICC模型; 累計排放量
中圖分類號 X21文獻標識碼 A文章編號 1002-2104(2011)08-0095-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.08.015
長期以來，如何制定氣候變化控制目標以及根據目標在國家間分攤溫室氣體(GHG)減排義務一直是國際政府間氣候變化談判的焦點問題。圍繞這一問題，IPCC第四次評估報告［1］進行了相關研究，提出了6種穩定情景，但每種穩定情景中GHG排放及相應溫升變化情況的不確定范圍仍然很大。作為氣候變化談判的兩大陣營，發展中國家和發達國家正處在不同的發展階段，對氣候變化控制目標的科學性以及穩定濃度目標下GHG排放路徑的不確定性也存在著很大爭議。事關國家利益，我國很多學者［2-7］對其進行了相關研究，但在穩定濃度目標下GHG排放路徑的不確定性仍一直是一個熱點和難點問題。
本文應用溫室氣體導致氣候變化評估模型(Model for the Assessment of Greenhouse Gas Induced Climate Change, MAGICC模型)和WRE(Wigley, Richels and Edmonds)排放情景對此進行了初步的研究和探討?？紤]到國際社會對于各種氣候控制目標的認可程度，本文選擇將2100年GHG濃度穩定在450和550 ppmv CO2e的濃度穩定目標，對比了能夠滿足上述目標的IPCC穩定情景I、III和WRE350、450排放路徑，應用MAGICC模型對WRE排放路徑進行了調整和運算，以探討和分析穩定濃度目標下GHG排放路徑的不確定性以及濃度的變化情況。
1 MAGICC模型描述
MAGICC模型是一個連接了大氣循環、氣候模塊和冰融模塊的氣候變化評估模型，是最早被IPCC用來預測未來氣候變化的模型之一［8］。MAGICC模型可與大氣循環模型連接以預測未來的GHG濃度，并通過一個上翻-擴散氣候模型連接了5個箱式模型，結合熱擴散結果即可模擬未來全球平均溫度的變化情況。
1.1 排放情景
為比較未來GHG濃度和全球平均溫度的變化情況，可在MAGICC模型的排放庫中調用不同的排放情景。MAGICC模型包括了所有主要GHG的影響,表1給出了三種最為主要的GHG(CO2、CH4和N2O)在不同歷史階段的濃度和自工業革命以來產生的輻射強迫估計值。
1.2 運行機理
模型首先將從排放庫中選擇和編輯排放情景，之后對模型運行需要的參數，如碳循環水平和氣候敏感度等進行設定，最后確定模型運行的時間和周期，其運行機理如圖1所示。其中，碳循環部分分別基于1個海洋碳循環模型和4個箱式模型，其碳排放計算如式(1) ［9］所示：
2.123 dC/dt=Efossil+Dn-Socean-Sfert
① IPCC每種排放情景考慮最上限和最下限，WRE排放情景中NFB為不考慮氣候反饋的情況。
劉嘉等：對穩定濃度目標下溫室氣體排放路徑的探討
中國人口•資源與環境 2011年 第8期其中：dC/dt是t年GHG的排放變化量，Efossil表示使用化石燃料造成的CO2排放量，Dn是排放計算的不確定量，Socean和 Sfert分別表示森林和海洋吸收的CO2排放量。這與IMAGEAOS模型和BERN碳循環模型是類似的，它們的碳排放計算式以及濃度與排放的關系式如表2所示。
由表2可見，這兩個模型雖然碳排放計算有所不同，但其濃度變化都是將碳凈排放或累計排放乘以轉換系數得出。同樣地，在MAGICC模型中，當大氣循環和氣候模型等參數設定之后，模型將調用排放情景并將大氣循環、氣候模塊和冰融模塊綜合到模型軟件包內，得到未來GHG濃度、全球平均地表溫升和海平面上升的變化結果。
2 排放路徑調整及結果分析
為將GHG濃度穩定到550 ppmv CO2e，IPCC報告指出全球CO2排放須在2010-2030年間達到峰值，而WRE排放情景則為2005-2015年，兩者存在一定差距。圖2是IPCC排放情景和WRE排放情景的比較情況。
由圖可見，要想將GHG濃度穩定到更低的水平，CO2排放量需更早達到峰值并開始回落，且穩定水平愈低，出現峰值和回落的速率也更快，兩個情景在總體趨勢上均體現出這一特點。但在同樣的穩定濃度目標下，如450和550 ppmv CO2e的GHG濃度穩定目標下，IPCC排放情景I和WRE 350排放路徑以及IPCC排放情景III和WRE450排放路徑出現峰值的年份范圍均有一定差距。下面，本文
將應用MAGICC模型對WRE350和WRE450排放路徑進行調整和運算，并對結果予以比較和分析。
2.1 排放情景說明
如前所述，各氣候模型雖碳排放計算有所不同，但其濃度變化都是將凈排放或累計排放乘以轉換系數得出。因此，本文嘗試在累計排放量不變的前提下，將WRE350和WRE450排放路徑的峰值考慮到CO2是最主要的溫室氣體，為簡化模型運算，本文對排放路徑進行調整的峰值均指CO2排放峰值。年份分別予以調整。受篇幅所限，僅給出WRE450排放路徑的調整過程：首先，將WRE450峰值出現的年份由原路徑的2010年調換至2015年和2020年，而其他年值不變；其次，考慮到上述調整僅針對峰值時點，為進一步研究排放路徑與濃度的關系，在累計排放量不變的前提下，將WRE450的峰值按照其原斜率水平外推至2015-2040年(記為WRE450’排放情景，以峰值年份區分，如圖3所示)。WRE350也同樣將其峰值進行外推，記為WRE350’排放情景。
由圖3可見，為保證WRE450’累計排放量不變，新排放路徑在到達峰值后需迅速回到原排放路徑，并進行更大力度的減排，且出現峰值年份越晚，減排力度需更大。
2.2 模型運算結果
由模型結果可得，在第一步對WRE350和WRE450排放路徑進行微調的情況下，目標年的濃度與原排放路徑相比幾乎不變。以WRE450為例，峰值為2020年與2010年相比，CO2濃度的最大差為0.1 ppmv，而2100年的濃度差僅為0.01 ppmv。下面，將主要分析WRE450’排放情景的運算結果，其CO2濃度變化情況如圖4所示。
由圖4可見，其濃度變化可分為三個階段：首先，隨著峰值調整逐漸滯后，其濃度變化將逐漸加劇；當排放路徑到達峰值并迅速回落時，
其濃度變化也在達到最大值后逐
漸變緩并回到原濃度水平；最后，當調整后的排放路徑在后期進行更大力度的減排時，濃度將低于原排放路徑水平，且目標年的變化值要遠小于濃度變化最大值。WRE350’排放情景的濃度變化情況也體現出同樣的階段性特點。
2.3 結果比較與分析
如上顯示，將WRE350、450排放路徑峰值推遲后，濃度在預測期內均有所增加，增幅取決于排放路徑的調整力度，但目標年改變值較小。下面，對濃度變化的最大值與目標年改變值進行對比，如圖5所示。
圖5中所標數值分別為將WRE450排放路徑峰值年份調整至2020-2040年時，與原排放路徑濃度相比濃度變化的最大值和目標年的改變值（取其絕對值）。由圖5可見，隨著峰值調整時間逐漸滯后，濃度變化最大值逐漸加?。荒繕四甑母淖冎狄搀w現出同樣趨勢，但僅為最大值的1/3左右。當峰值年份調整至2035年時，濃度改變的最大值為22-8 ppmv，而目標年的改變值僅為7-5 ppmv。WRE350’排放情景的CO2濃度變化情況也體現出同樣特點，當峰值年份調整至2020年時，濃度改變的最大值為6.4 ppmv，而目標年的改變值僅為1.9 ppmv。
以上說明在累計排放量不變的前提下，對排放路徑的調整對預測期內的濃度有一定影響，但對目標年的影響較小。這就可以解釋為何IPCC和WRE排放情景雖然排放路徑不同，但卻能滿足同樣的濃度穩定目標。圖6是IPCC和WRE排放情景累計排放量的比較情況。
由圖可見，IPCC和WRE排放情景中相應排放路徑的
累計排放量均在一定水平浮動。以550 ppmv CO2e的濃度穩定目標為例，它們在2000-2100年期間的累計排放量均在600 GtC左右。其中，WRE450排放路徑在考慮和不考慮氣候反饋情況下的CO2累計排放量分別為540 GtC和650 GtC， 均值為595 GtC， 在不考慮氣候反饋的情況下所允許的碳排放空間可增加大約20%；而在IPCC情景III中，最下限和最上限對應的CO2累計排放量分別為450 GtC和720 GtC，均值為585 GtC。WRE350排放路徑和IPCC情景I的對比也體現出如上特點，如圖6所示。
綜合以上，通過對穩定濃度目標下排放路徑變化情況的探討和排放路徑調整后濃度變化結果的分析可知，目標年濃度的變化將取決于起始年至目標年的累計排放量和排放路徑。當排放路徑峰值逐漸調整滯后時，在后期進行更大力度的減排可使累計排放量在預測期內保持不變；而濃度在預測期內雖然將有所增加，但目標年的變化較小。考慮到我國正處于快速的工業化和城市化進程，盡管我國已明確制定了2020年單位GDP的二氧化碳排放量相比2005年水平降低40% -45%的減排自主行動目標，但由于特殊的發展階段和能源結構，我國的碳排放絕對量在較長的一段時間內還將持續增長。根據各方面研究［11-12］，即使在低碳發展情景下，我國整體碳排放也需在2030-2035年才能達到峰值。如果我國能結合自身發展階段特點爭取延緩碳排放空間，使碳排放水平仍可以先繼續緩慢增長，而在工業化進程完成之后再承擔GHG減排義務，屆時許多減排技術(如可再生能源發電和碳捕獲與封存技術等)也將有望通過商業化進程降低成本并日臻成熟，這對我國未來能源、環境和經濟的可持續發展是較為有利的。
3 結 論
如何制定氣候變化控制目標以及根據目標進行碳排放權分配一直是國際政府間氣候變化談判的焦點問題。由于國際社會對氣候變化控制目標的科學性以及確定目標下GHG排放路徑的不確定性一直存在爭議，使穩定濃度目標下排放路徑的不確定性成為了一個熱點和難點研究問題。本文應用MAGICC模型對WRE排放路徑進行了調整和運算，對2100年GHG濃度控制在450和550 ppmv CO2e穩定目標下排放路徑的變化及影響進行了初步的研究和探討。結果顯示，目標年濃度的變化取決于累計排放量和排放路徑。將排放路徑峰值逐漸調整滯后時，為保證累計排放量不變，需在后期比原排放路徑進行更大力度的減排。濃度在預測期內將逐漸增加，但目標年的結果變化較小，約為濃度變化最大值的1/3左右。
考慮到氣候變化科學中相關資料和數據的可得性，本文對此進行的研究和探討是很初步的。進一步地對濃度改變將導致溫升變化的探討則更需考慮到輻射強迫、氣溶膠以及氣候模型中對氣候反饋和氣候敏感度等重要參數的設定，這個過程的不確定性將進一步變大。未來隨著國際社會對氣候變化研究中的不確定性等關鍵問題進行更深入的科學研究并達成廣泛共識，可為此提供更堅實的科學基礎和更新穎的研究思路。我國應緊密追蹤氣候變化科學中不確定性和最新進展并開展相關研究，力求在此基礎上提出基于公平原則和自有研究成果的GHG排放路徑。這將為發展中國家爭取合理權益，使國家在氣候談判中把握主動，為我國在快速工業化和城市化進程中轉變經濟發展方式，邁上低碳發展之路贏得充分的準備時間。
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Study on the Greenhouse Gas Emission Pathways Aiming at the Stable Concentration Targets
LIU Jia CHEN Wenying LIU Deshun
(Institute of Energy, Environment and Economy, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
篇7
一、學習進階的內涵
1.學習進階的定義
對學習進階的探討雖然在近十年內快速發展成了美國科學教育界的研究熱點，但是至今仍未對學習進階做出一個精準的界定。在經過對國內外文獻的對比、研究后，總結歸納了幾種大家普遍認可且具有一定代表性的觀點：
(1)過程說。美國國家研究理事會(NRC)在2007年的《讓科學走進學校：K-8年級科學學習的學與教》中將學習進階定義為“隨著時間的不斷增加，學生對某一學習主題的思考和認識不斷豐富、精致和深入的一種過程”；[2]Salinas也將學習進階界定為“是一種學生對科學核心概念、科學解釋以及科學實踐理解與運用的認識不斷完善、發展、深入的過程”；[3] Songer等人認為“學習進階是學生對學習主題思考和探究推理的過程”。[4]
(2)本質說。密歇根州立大學Anderson教授認為“學習進階的本質在于刻畫學生特定心理結構的階段性發展”。[5]
(3)方法說。Smith等人在探究了“物質與原子-分子理論”的教學之后，將學習進階描述為“在學生學習的過程中，以內容領域為載體，聯結不斷、更加復雜、循序漸進的一種推理探究的方法”。[6]
(4)假設說。Duncan認為“學習進階其實是一種假設，是一系列以實證為基礎、可測試的假設，假設學生在合適的教學條件下，隨著時間的推移，對核心科學概念、科學解釋以及相關的科學實踐的理解-應用能力逐漸趨于復雜的一種假設-驗證過程”。[7]
通過研究者對學習進階的定義，我們可以將學習進階的內涵概括為：學生關于某一核心知識及相關技能、能力、實踐活動在一段時間內進步、發展的歷程，表現為特定知識、技能和能力的潛在發展序列。學習進階的思想認為學習是一種不斷積累、發展的過程，學生對核心概念的理解不是一蹴而就的，而是需要經過許多個不同的中間水平，而在一定的時間范圍內，依靠恰當的教學策略，學生對這一核心概念的理解和運用便會逐漸發展、不斷成熟，而這種發展變化也絕非是簡單的線性、單維度的，而是多種因素相互聯系、相互作用的結果。其中，學習進階的起點是指學生已有的經驗和知識，終點則多為社會對學生的期望，在兩個端點之間存在的多個中間水平則是在大量實證研究基礎上歸納而成的，主要用于描述學生對核心概念知識的理解是如何不斷發展的。有學者將學習進階的模型表示如圖1。
2.學習進階的特點
對學習進階的掌握，實質在于把握其獨有的特征。
(1)以學科融合為背景
學習進階的設計和運用絕非是單學科所能完成的，它往往包含了科學教育、心理認知、人文科學等多方面的知識，是各學科之間相互聯系、相互融合的結晶。如在對“碳循環”進行學習進階的設計時，設計者要圍繞著“碳“這一核心概念，展開諸如生物(呼吸作用)、化學(燃燒)、物理(質量增減)以及地理(大氣循環)等多門學科的知識。多學科之間的共同作用，能夠全方位、更深刻地揭示學生學習發展的規律和特點。
(2)以核心概念為中心
學習進階是圍繞著學科核心概念構建而成的，核心概念在學習進階的設計中起到了“中心骨架”的作用。一方面，它能夠統整學科中的許多知識、技能和事實，使知識形成體系；另一方面，借助于統整后的知識體系，學生能夠組織、建構和擴展他們對科學的理解，從而達到解決問題的目的。與此同時，研究者通過觀察分析學生構建知識體系和模型的這一過程，能夠為學習進階中間水平的劃分和各個水平上學生發展特點的描述提供依據。
(3)以實證研究為基礎
從對學習進階的界定中可以看出，學習進階是基于實證的假設，這就意味著學習進階的開發是一個假設與驗證、理論與實踐不斷交替、逐步完善的過程，這個過程既包括學習進階框架本身的完善，也包括相關測評試題的修訂和補充。
(4)強調進階途徑多樣性
學習進階的確定并不意味著學生發展軌跡的唯一性。相反，由于學生教育背景的不同、個體差異的存在等原因，其學習發展的路徑也不盡相同，即便是同一個學習進階，不同學生到達各個水平的時間，對每個水平上概念知識的掌握程度也不會完全相同。
3.學習進階的核心要素
美國科學教育界普遍認為學習進階包括進階終點、進階維度、成就水平、各水平的學業表現以及測評工具等五個要素。
(1)進階終點。即學習目標，是指學生在畢業時所能達到的終極水平，它的制定主要是基于：①對學科概念的分析；②社會對公民的基本要求和期望；③更高水平教育的準入要求。
(2)進階維度。主要是指學科核心概念或科學實踐，研究者通過跟蹤觀察學生對核心概念掌握的情況或科學實踐開展的程度來了解其整體的學習歷程。
(3)成就水平。是設計學習進階的重要組成部分，它用來描述學生學習發展過程中存在的不同階段。在劃分成就水平時需要注意兩點：①將某一核心概念及其相似概念歸納為同一個水平；②劃分的標準應既滿足課標的理論要求，又要參照對學生現有學業能力進行實證研究的結果。
(4)各水平的學業表現。是指處于特定理解水平的學生在完成某類學業任務時所應有的表現，或者是該水平上學生表現的核心特征。
(5)測評工具。主要用于跟蹤學生在預期進階路徑上的發展情況。
二、學習進階的研究框架
學習進階的研究是一項系統性的工程，主要體現在研究的時間跨度、研究數據的收集方式、數據處理的方法等方面。基于學習進階是一種“假設-驗證”的過程，當前美國學習進階的研究框架主要包括理論假設和實證研究兩部分，且已形成了較為成熟的框架模型。這類研究框架是以跨年齡層次的學生為研究對象的大樣本研究，目的在于描繪不同年齡層次(或不同學段)學生的學習進階。研究框架在概念確定之后，一般就遵循著“理論框架的假設-測試工具的開發-測試數據的處理-理論框架的修正”這種循環式的過程(見圖2)。
圖2 學習進階的研究框架
目前，相對成熟的研究框架分別是“四基石模型”(Four-Building Blocks)和“結構中心設計模型”(Construct-Centered Design,CCD)。
1.四基石模型
四基石模型包括四個因素：結構圖、項目設計、結果空間和測量模型(見圖3)。
圖3 四基石模型
結構圖就是研究者最初關于學生對具體知識理解發展的理論假設，即預期的學習進階；項目設計是指測試工具的設計；結果空間是指面對測試工具時學生實際的學習表現；測量模型的任務就是對測量所得的結果進行數據處理。四基石模型在過去十幾年的科學教育研究中被逐漸用來開發學習進階，運用它來研究的較為成熟的學習進階有Wilson的"LBC"(Living by Chemistry)學習進階、Anderson的“碳循環”學習進階。
2.結構中心設計模型
2009年5月在哥倫比亞大學的美國教育政策研究財團組織的全美科學教育研討會上，密歇根州立大學的Joseph Krajcik教授提出了全新的學習進階研究框架——結構中心設計模型。該模型的提出是以學習目標驅動的設計和基于證據所開展的評價設計為前提，具體研究步驟見表1。[8]
結構中心設計模型有兩大顯著優勢：第一，對于結構的拆解、預期學習進階的確定等都做了詳細的說明，并且能夠結合已有的研究成果提供適宜的教學策略，具有較強的實用性；第二，將學生在各個水平成就上的表現證據與對進階的陳述匹配起來，有利于后續的數據分析與框架修正。
除了上述介紹的兩種較為成熟、極具代表性的學習進階研究框架之外，還有諸如ChemQuery評價系統等，但由于這些研究框架仍處在研究的起步階段，尚未經過實踐的反復檢驗，為此我們不再進行介紹。
三、學習進階的應用價值
學習進階的應用價值主要表現在以下三個方面：
1.對于課程標準的價值
第一，有助于課程標準的有效實施。課程標準通常是基于國家要求、專家經驗、社會普適價值觀以及學科結構邏輯等多重因素而編制的，雖然目標明確，但由于敘述宏觀，往往缺乏操作性。而學習進階則詳細描述了各個學科的核心概念、學生理解概念的典型步驟，并揭示了不同學段學生關于核心概念學習所需的前概念。不僅具有極大的可操作性，更為課程專家、教材編寫者和教師設計有針對性的課程，以及學生下一學段的學習指明了方向。第二，有助于課程理論與科學實踐的溝通融合。課程標準雖然明確指出了在科學實踐中學生參與的重要性，但缺少詳盡、明晰的操作方法，導致了教學與評價的指導意義大打折扣。而學習進階則描述了學生理論與實踐相互聯系、相互作用的方式。事實上，學習進階整合的課程本身就是基于大量的實證研究并系統綜合分析、抽象概括而成，同時，整個課程還不斷在實踐中檢驗、修正和完善，這就為教育理論與教學實踐提供了溝通的橋梁。
2.對于教師教學的價值
美國學者Hess就學習進階對教師教學的意義和影響提出了自己的看法：[9]“第一，學習進階使得教師關注學生對知識理解的發展變化，并開始分解學習標準，真正理解教學內容”。學習進階描述了學生在對核心概念理解過程中所經歷的多個中間水平以及各個水平上的成就表現，教師能清楚地了解到終極目標該如何分解細化、前后連貫、層層遞進地設置于不同的學段之中，才能使學生對科學概念的理解沿著既定的軌道不斷深化、拓展。“第二，學習進階研究促進教師之間的合作，這種合作使得教師對教學的理解更加深刻”。即便是學習相同的科學概念，針對其設計的學習進階也不盡相同，加之學習進階的設計本就是一個理論不斷修正和實踐不斷檢驗的過程，這就需要教師之間要經常就學習進階過程中所遇到的現象、問題進行交流探討，在不斷的溝通中，加深對教學的理解。“第三，教師認識到學習進階是循序漸進的，教學不能只看到最終目標，而是一步一步地去達成子目標”。學習進階的中間過程類似于樓梯逐級上升的臺階，各個臺階象征著學生在不同的年齡階段能達到的不同水平，而這種“上升的臺階”實質上也是學生心理發展的過程，這就要求教師在教學過程中應遵循學生身心發展的客觀規律，將終極目標“化整為零”，即細分為各個年齡段的子目標，讓學生在達成子目標的過程中穩步前進。
3.對于教學評價的價值
學習進階提供了一種用來評價學生概念發展的模型，該模型揭示了學生概念的發展是一種由簡單到復雜而不是由錯到對的過程。[10]因此，基于學習進階的評價對標準、教學等均具有全新的意義。第一，學習進階對各個成就水平上的表現進行了細致描述，這種描述不僅將課程標準具體化，而且讓課程標準與評價項目之間的關系更加清晰，這就為有效地開展課程評價奠定了基礎。第二，學習進階的設計和完善過程實際上是區分各個成就水平的過程，這就必然需要科學教育工作者、測量專家甚至一線教師的共同參與，也就極大地促進了課程與評價的一致性。第三，學習進階呈現了學生概念發展過程中的各種限制因素，這就為開發與設計學段終結性評價工具(試卷)提供了重要的參考指標，即是否達成學習進階上相應學段的要求將成為影響更高學段學習效果的重要因素。[11]
四、學習進階對我國科學教育研究的啟示
對學習進階的研究能夠為我國科學教育的理論研究和實踐探索帶來許多極具價值的啟示。
1.高屋建瓴，開啟縱向研究范式
學習進階的研究多屬于縱向研究，其時間跨度一般都比較大(如“碳循環”小組的研究時間已持續了八年)，縱向研究的目的在于挖掘各種干預因素對研究對象的影響，其優勢在于研究結果由于經過了實證檢驗，往往能夠真正促進日常教學活動的有效開展。這就啟發了我國的科學教育研究工作者應該高屋建瓴，用更加長遠、更賦結構化的眼光系統地進行課程、教學和評價的設計，開啟全新的縱向研究范式。例如可以將研究的焦點從關注單課時教學到關注單元整體教學、基于模塊整體的教學、跨必修和選修、跨年級以及跨學段的層級發展。
2.改變視角，引領測評探究新方向
學習進階更多的是關注學生在不同學段上具體的學習表現，這給了我國的教學研究極大的啟發。教師在日常教學活動中應改變視角，從微觀處著眼，留心學生在學習過程中出現的一些不易被察覺到的“小錯誤”、“小反常”，認真分析其背后的深層原因。分析原因的目的在于：一方面，能夠為教師積累教學經驗，為后續教學的有效開展打下堅實的基礎；另一方面，能夠讓廣大教育研究工作者意識到，在學習進階中測評工具對于分析學生成就水平、解釋學生學習行為等方面的重要性。這就為日后我國教學研究中測評工具的開發、測評標準的設置、測評內容的選擇指明了新方向，即測量評價系統不應只局限于對學生學業結果的評價，更要將其與學生學習中的具體表現結合起來，用于解釋不同學段學生異常學習行為背后所反映出來的知識和能力水平。
3.多維合作，構建教育科研共同體
事實上，學習進階的設計過程就是多領域、多學科、理論與實踐互相溝通、交流，不同思想、不同智慧碰撞、交鋒，最終融合的過程，這也是一個多維合作的過程。如“碳循環”學習進階設計的研究團隊就包含了科學家、大學教師、中學教師、小學教師、學生、心理學教授、評價專家、課程編制專家、教育理論研究者、歷史學家等不同領域的人員。遺憾的是，這樣的研究共同體在我國還不多見，因此應該倡導在日后的科研過程中匯聚各領域人員，集思廣益，構建研究共同體，從而提升教育科研成果的質量和普適性。
篇8
關鍵詞：變頻器；恒壓供水；節能效果
中圖分類號：TU991 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）06-0130-02
一、概述
川化股份公司氣體廠二氧化碳車間處在公司優化生產的邊緣，生產過程中設備開停頻繁，負荷變化波動大。而二氧化碳裝置的設備以水泵、壓縮機、冰機等大功率、高能耗設備為主。據統計我廠二氧化碳產品的電耗成本占總成本的50%左右。如何減少電能消耗，降成本，成為擺在我廠工程技術人員面前的一大難題。
通過長期的觀察與分析，我們發現二氧化碳循環水系統有較大的節能潛力。循環水系統有離心水泵3臺，兩大一小，大泵的電機額定功率為75kW，小泵的電機額定功率為22kW，其運行方式為：二氧化碳以50%和75%的負荷生產時，循環水開一臺大泵運行，兩臺大泵一用一備；以100%的負荷生產時，循環水開一臺大泵和一臺小泵運行。由于季節和生產負荷的不同，系統有較大的負荷變化，在二氧化以碳兩機、三機生產時，75kW大水泵存在較大的富裕量。
二、節能措施
變頻調速恒壓供水技術是近幾十年迅速發展起來的較為優越的新技術，因其節能效果明顯、調速曲線平滑、調速過程簡單、安全可靠、保護功能齊全、起動性能優越、自動化程度高等特點而得到廣泛運用。
（一）水泵變頻節能原理
感應電機的轉速n與供電頻率f有以下關系：
P――電機極對數；
S――轉差率。
不改變電機的極對數，只改變供電的頻率，電機的轉速成正比例變動。而泵是一種平方轉矩負載，其轉速n與流量Q揚程為：水泵流量Q與水泵功率N的關系式如下：
Q1/Q2=n1/n H1/H2=（n1/n2）2 N1/N2=（n1/n2）3
上式表明，泵的流量與其轉速成正比，泵的揚程與其轉速的平方成正比，泵的軸功率與其轉速的立方成正比。即水泵消耗的功率與供電頻率的三次方成正比。因此，只要對電機輸入頻率進行微小的調整，即可使電機的耗電大降低。例如：將電機的頻率由50Hz降到45Hz，電機轉速降低10%，電機的功率卻降低了27.1%。
（二）二氧化碳循環水系統的節能點分析
1．電機余量至少10%；
2．生產負荷的變化決定節能空間，該系統50%和75%負荷的運行方式相同，各占總運行時間的40%，至少在50%的負荷下水泵存在耗能浪費現象；
3．季節變化、負荷變化對水壓需求不同，該系統采用人工調節閥門的方式進行控制，增加管阻存在耗能現象；
4．負荷變化在實際生產中并沒有要求控制閑暇設備的進水、出水閥門，造成水泵的能耗浪費。
（三）變頻節能的改造方式
本著投資最優，見效最好、最高的基本原則，我們選擇一臺75kW的大水泵進行變頻改造。變頻改造的結構圖如下：
本系統采用恒壓供水模式，利用變頻器內置的PID對管網水壓進行閉環控制，系統設計和使用時注意以下四個方面：
1．最低水壓的設置必須保證系統的正常運行，保證每個用水負荷不發生因水壓低而跳車的現象；
2．負荷變化、環境溫度變化應結合工藝摸索最佳水壓控制模式；
3．應關閉未運行負荷的進水、出水閥；
4．系統運行時，應將運行水泵后總閥全開。
三、變頻調速、恒壓供水控制系統的壓力控制原理
變頻調速、恒壓供水控制系統的壓力控制原理圖如下：
恒壓供水的控制原理為：當某一時刻，因系統用水量增大，而導致供水管網壓力降低時，壓力變送器SP的輸出信號減小。調節器PID的輸出信號增大，使變頻器頻率上升，電機轉速升高，水泵流量增大，供水管網壓力增大。當某一時刻，因系統用水量減小，而使供水管網壓力增大時，壓力變送器SP的輸出信號就增大，調節器PID的輸出信號減小，使變頻器頻率降低，電機轉速降低，水泵流量減小，供水管網壓力減小。從而實現管網壓力的自動調節，使其始終保持恒定。變頻器的控制原理圖如下：
系統采用了工頻、變頻兩套控制模式，在變頻器出現故障時，可手動轉換為工頻運行，保證正常生產，還設置了本地、遠程操作模式，使操作方便、可靠。對工頻、變頻系統還設置了軟件、更件雙重連鎖，確保設備安全。系統還采用了專業高精度PID調節表對水壓進行調節，操作便捷，穩定。保證水壓恒定和生產需要。
四、節能效率
改造完成后，我們在二氧化碳裝置兩機生產時，用多功能電能測試表分別對該水泵工頻運行和變頻運行情況下進行了72小時節電性能測試。
1．工頻運行72小時：2010年12月30日1430時致2011年1月2日1430時，電表讀數起數166，止數237.3。供耗電71.3×200/5=2852度。
2．變頻運行72小時：2011年1月2日1430時致2011年1月5日1430時，電表讀數起數237.3，止數275.8，供耗電38.5×200/5=1540度。
節電效率計算如下：
節電效率=（1-變頻耗電度數/工頻耗電度數）×100%
=（1-1540/2852）×100%
=46%
五、結語
篇9
關鍵詞：溫室效應； 森林碳儲量； 人工林
中圖分類號：Q945.11
文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10013303
1 引言
溫室效應是因大氣里溫室氣體增加導致大氣層透過捕捉輻射使不同部分地區的氣溫相對穩定的效應。對環境、人類健康與經濟發展都具有嚴重的影響，威脅人類生存[1]。大氣中二氧化碳含量過多是溫室效應的基本特征之一，森林生態系統可通過光合作用將其轉化為有機碳，并固定于植物體中或土壤中，緩解溫室氣體的累積[2]。目前，由于人工林的大力栽培，森林覆蓋率都在不斷增加，其碳循環是主要研究領域。實踐證明，人工林也具有極好的固碳能力，其在CO2吸收和固定等方面的作用也越來越受重視[3] 。
2 森林碳儲量研究意義
隨著CO2濃度增加導致氣溫的上升，森林碳儲量的研究意義越來越重要，已然成為國際研究熱點之一。森林是地球之肺，對氣候調節起到至關重要的作用，是最為經濟的吸碳器，利用森林固碳具有投資小、代價低及綜合效益大的特點，能同時滿足經濟效益、社會效益與生態效益的可行性。森林是陸地生態系統儲存碳量的主體，約儲存10000億t有機碳，占整個陸地生態系統的2/3。由此可見，森林固碳作用非常明顯，能有效緩解溫室效應的累積。
森林作為陸地生態系統中最大的有機碳庫，對社會的貢獻極為重要，但其發展過程具有漫長性及波折性。由于人類社會對木材的需求量正在不斷的增大，天然林的面積大幅度減少，森林總量急劇下降已成為國際關注熱點問題之一。隨著1994年《氣候變化框架公約》的生效，《京都議定書》的出臺以及《波恩政治會議》的誕生，逐步推動了森林碳匯的地位。因此，研究森林碳儲量有著重大意義，既能促進人類對森林作用的認識，提高人們對森林的保護作用，又能有效緩解溫室效應的危害。
3 國內外森林碳儲量研究進展
正因碳儲量的研究對人類社會具有重大貢獻，長期以來，世界各國對森林生物量進行大量的研究。最早的研究始于德國對幾種森林的樹枝落葉量和木材重量的測定[4]。20世紀50年代，日本、英國和前蘇聯均對本國森林生態系統生物量進行大量的資料收集與實地調查[5]。之后的歐洲、美國、俄羅斯以及巴西等地均分別對本國森林碳平衡及其與全球碳循環之間的關系進行了詳細的研究，有關植被碳儲量的研究有較大突破；美國、俄羅斯以及加拿大對森林碳儲量的研究關注度極高[6]。國外對森林碳匯成本的研究也有著豐富的經驗。丹麥、英國、澳大利亞、加拿大和挪威等發達國家成立CO2減排交易體系，促進森林碳匯市場的發展[7]。荷蘭于20世紀90年代初成立森林碳吸收基金會，其成功帶來了巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。此外，發展中國家如馬來西亞、阿根廷、俄羅斯、巴西、智利和墨西哥順利開展CDM森林碳匯項目，為經濟、社會和生態效益帶來巨大利益。為了滿足社會經濟的發展需求，越來越多的國家參與到碳匯項目工作，促進森林可持續發展。
近幾年來，我國對森林碳儲量的研究也日益蓬勃。我國的研究始于20世紀70年代，但研究熱忱并不亞于國際發達國家。20世紀70年代，李文化等[8]建立了一些樹種的相對生長方程，測定植被生物量和估算森林生物量。然而，此時森林碳儲量并未受到重視，1958年的大練鋼鐵運動導致森林大面積減少，生態系統遭到嚴重破壞，有研究結果表明，我國森林碳儲量以及碳密度在20世紀70年代前呈現負增長[9]。王效科等[10]根據全國第3次森林資源的普查資料，計算了中國森林生態系統的植被碳儲量為占全球的0.6%～0.7%，指出了森林生態系統植被碳密度在各森林類型間差異比較大，與我國人口密度的分配特征剛好相反，從東南往西北方向呈遞增的趨勢，反映出人類活動對森林碳密度存在極大的干擾。此后，劉國華等[11]利用森林資源清查數據研究我國17年（1977～1993年）森林碳儲量動態變化時發現森林含碳量呈遞增趨勢變化。因此可知，我國是一個森林碳儲量大國，森林碳匯的潛在能力需大力挖掘。
4 人工林碳儲量的研究進展
4.1 純林碳儲量的研究
由于對木頭的需求，而原生態森林完全不能滿足對人類的供給，隨著社會經濟發展及生態環境的壓力，于300多年前，人類已開始對森林進行培育。18世紀，德國已大面積栽培針葉人工純林。然而，大規模人工森林培育始于20世紀50年代。且以定向、速生、豐產、優質、穩定和高效為特點人工純林為主，以期緩解對木材的需求。基于目前現狀，對人工純林碳儲量的研究也是發展的必然趨勢。當前，已有大量研究證明人工純林也具有較強碳匯能力。劉婷婷等[12]在2009年研究楊樹人工林生物量及其碳儲量時則認為人工林具有較大的碳匯潛力。馬煒等[13]人在研究不同林齡長白落葉松人工林碳儲量時得出同樣結論，碳匯潛力巨大。陶玉華等2011年在研究馬尾松、杉木以及桉樹人工林碳儲量動態變化時認為，馬尾松以及杉木人工林均有較好的儲碳功能[14]。此后，其在研究馬尾松和杉木人工純林碳儲量時得出相似結論：并且認為馬尾松的儲碳能力隨著年限的增長而增加，杉木則是以中齡林的儲碳量大于成熟林[15]。
由此可見，人工純林也有較好的碳匯能力，選擇合適的樹種，合理經營，均會產生較好的生態效益。但是，人工純林也存在一定的弊端，栽培人工林多以用材樹種為主，且輪伐時間較短，當達到輪伐期后，生態效益則會下降，不能同時兼顧經濟效益與生態效益雙贏。
4.2 混交林碳儲量的研究
長期栽培單一樹種的純林，生物多樣性單調，導致立地衰退和森林生產力下降，不利于可持續發展。且有實踐證明，長期連作多代純林致使其碳儲量下降。因此改變人工林營造模式成為探討的重點問題，混交林生物多樣性復雜，有效合理利用空間資源，增強林分抗性，減少病蟲害的發生。現我國對人工復層林生物量、碳儲量的研究也日益興起。樊后保等[16]人實驗證明，生物量的空間結構在馬尾松純林和馬尾松-闊葉樹混交林之間存在明顯差異 ，混交林生物量分配比例明顯大于馬尾松純林。趙凱等[17]比較福建柏純林、火力楠純林和福建柏c火力楠混交林的碳儲量時得出結論，混交林生態系統碳儲量高于純林。劉恩[18]在研究我國熱帶林業實驗中心人工林碳儲量時發現，混交林碳儲量大于純林。葉紹明等[19]在研究桉樹與馬占相思人工復層林也得出一致結論，混交林碳儲量大于桉樹純林。董林水等[20]研究證明荷木與馬尾松比較可大大提高混交林生態效益與經濟效益。
由此可見，混交林能促進生態系統的穩定性，研究混交林的碳儲量，既能對立地條件起到改善作用，促進生物多樣性的發展，也能有效緩解溫室效應的產生，為經濟效益以及生態效應帶來雙重利益。但當前的對混交林研究存在局限性，加強混交林的碳儲量研究也將成為今后的重點工程。
5 總結與展望
隨著原生態林的不斷減少，人工純林大面積栽培，其結構簡單，導致生物多樣性的降低，易發生病蟲害，林地立地條件不斷下降，阻滯森林可持續經營發展。目前，混交林的研究還尚處在生長期中。因此，以林學原則為基礎，改變經營模式，加強對碳儲量的研究，才可從根本上解決問題。故提出以下幾點展望。
（1）以多元化經營模式改造人工林，將傳統的人工純林進行更新換代為以混交林為主，純林為輔的經營模式。其次，避免連作模式經營，大力發展輪作栽培。既能維持生物多樣性，保持立地條件的平衡，滿足社會對木材的需求，又可保證碳循環的正常運行。
（2）大力發展經濟林。經濟果樹林的栽培，不但能有較好的儲碳能力，且能增加群眾的經濟收入，保證經濟效益與生態效益的雙豐收。
（3）利用新技術，研發培育新樹種。選擇速生特性與較強的碳匯樹種進行雜交育種，既能滿足速生、豐產、優質、穩定和高效的特點，又有較強的碳匯能力。實行多國合作模式，將優勢樹種互相引進栽培，實行互補原則，既能減緩解溫室效應，又能降低對木材日益供給的緊張。
（4）封山育林，避免非法毀林。森林有極強的碳匯能力，也是極為容易發生火災的因素之一。加大力度保護生態公益林，同時大力宣傳，防止濫砍濫伐，避免火災發生。
可見，研究森林生態系統碳儲量是對人類社會的巨大貢獻，加強保護森林質量，研發高儲碳、高質量木材樹種， 滿足社會需要及生態效益多元化，保證森林可持續發展。
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篇10
關鍵詞：水溶性有機碳（DOC）；土壤呼吸強度；CO2釋放量
中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）15-3528-03
陸地生態系統碳儲量及變化在全球碳循環和大氣CO2濃度變化中起著重要作用[1，2]。在陸地生態系統中，土壤碳儲量可占到植被的4倍，土壤碳庫的動態變化過程包括土壤有機碳礦化和土壤腐殖化過程，對全球碳循環研究較為重要。土壤中水溶性有機碳（DOC）僅占土壤碳庫中很小的一部分，但卻是其中一種重要的、活躍的成分，它影響著土壤有機質的礦化過程[3]。由于土壤中固態物質較難被微生物降解，而DOC較易被利用，土壤有機碳在礦化前需要經過一個過程，即通過解聚和溶解加入DOC，才能被微生物有效利用[4，5]。DOC為土壤有機碳的礦化提供必要場所，因此在土壤有機碳礦化過程中具有重要意義。
DOC主要來源于枯落物、微生物、腐殖質及植物根系分泌物[6]。土壤表層DOC來源豐富、周轉速度快，研究發現在土壤表層有93%的DOC被礦化，而在土壤深層僅有10%～44%的DOC被礦化[7]。由此可見，DOC在不同深度的更新速率、化學性質存在著差異。目前DOC對土壤碳的礦化及其造成的土壤CO2釋放量變化的影響研究較少，研究不同深度DOC在土壤呼吸過程中所起到的貢獻有一定意義。此外，氣候變暖的大趨勢下全球降水的空間格局正發生著變化，有研究發現近年來中國西部的降水總量雖然逐年減少，但強降水次數卻有增加趨勢[8，9]。高強度降水加大了土壤中DOC的淋溶強度，而DOC淋失后土壤呼吸強度的變化與全球溫室氣體含量有直接關系。由此可知，DOC對土壤呼吸強度的影響評價研究十分必要。本研究對刺槐林下不同深度的土壤進行去除DOC預處理，運用堿液吸收法測定59 d室內培養過程中CO2釋放量，分析DOC在土壤呼吸中的作用，旨在評價DOC對土壤呼吸強度的影響程度。
1 材料和方法
1.1 材料
土樣采自陜西省安塞縣紙坊溝流域31年生刺槐林，樣地海拔1 296 m左右，刺槐胸徑23.8 cm，高度15～20 m，郁閉度0.75～0.80，間距4 m×4 m，坡度坡向為21.4 /SWW。林地下部草本植物主要由鐵桿蒿（Artemisia gmelinii）、茭蒿（Artemisia giraldii）、達烏里胡枝子（Lespedeza dahuvicus）、長芒草（Stipa bungeana）等組成。挖掘3個剖面坑采集（20±2）、（40±2）和（60±2） cm深度土樣，同深度土樣均勻混合后，取1 000 g帶回實驗室在冰箱內保存。3深度供試驗土樣總有機碳含量/活性碳含量分別為2.45/0.16、1.98/0.11、1.78/0.06 g/kg。
1.2 方法
稱取6組20、40和60 cm深度土樣50 g分別放入18個250 mL潔凈錐形瓶中，每組包括3深度土樣各1個。其中3組在培養前進行去除DOC預處理，稱取1 mm篩風干土樣50 g放入預先稱重的250 mL錐形瓶中，加入去離子水150 mL，在25 ℃下振蕩1 h，靜置5 h后小心抽去上層水分，稱重并調整瓶內水土質量比為1∶1。
另3組土樣裝入錐形瓶，加入去離子水，調整水土質量比為1∶1，敞口放置兩天以恢復微生物活性。將裝有5 mL 0.4 mol/L的NaOH溶液的10 mL離心管小心斜靠在每個錐形瓶內，用橡膠塞密封錐形瓶后在（25±5） ℃的培養箱黑暗狀態下培養，培養前一周每天通氣一次，每次30 min，通氣過程中注意關閉離心管塞。2～3天隨時收集離心管中的堿液，并重新注入同量堿液。抽出的吸收液加2 mL 2 mol/L的BaCl2，搖勻后以酚酞為指示劑，用0.1 mol/L HCl滴定，中和未耗盡的NaOH，通過HCl消耗量來計算CO2的物質的量。培養后期根據前次堿液殘留量估算堿液提取間隔，設置一空白錐形瓶做參照。培養時間為59 d，結果取同處理下3組的平均值。
2 結果與分析
試驗結果顯示（圖1），20 cm土樣培養過程中去除DOC土樣CO2釋放量明顯少于原土樣，59 d后去除DOC土樣CO2累積釋放量下降了30.1%；40 cm土樣培養初期去除DOC土樣CO2釋放遠小于原土樣，培養5 d時CO2累積釋放量去除DOC樣品下降了69.5%，但在培養第8～59天，去除DOC土樣CO2釋放量增加并最終高于未去除DOC土樣，第59天去除DOC土樣的CO2累積釋放量上升了48.7%；60 cm土壤在59 d培養過程的CO2累積釋放量在兩個處理間無顯著差異。
3 結論與討論
土壤中有機碳在礦化前要進行解聚和溶解，即在釋放CO2前必須先進入土壤溶液[3]，DOC分解的難易程度決定了CO2釋放量。去除DOC土樣在培養過程中土壤有機碳（SOC）逐漸礦化分解，一部分產物補充了DOC的缺失[10]，因此對比分析的結果決定于原土樣DOC和處理樣SOC產生DOC的性質差異。本研究中DOC的去除減弱了微生物降解能力，進而抑制了微生物的繁殖，導致土壤呼吸強度減弱[4]。這種趨勢在土壤淺層表現得尤為明顯，培養過程中SOC分解產生的DOC并不能維持原有的CO2釋放水平；隨著土壤深度的增加，土壤樣品微生物量和SOC活性逐漸下降，培養過程中SOC新分解DOC產物能夠維持甚至超過原有CO2釋放水平，造成40和60 cm土樣沒有明顯下降表現[11]。在自然環境下，淺層土壤枯落物碎屑、腐殖質含量較高，微生物活動較為活躍，導致DOC來源豐富且性質活躍較易分解，而深層土壤中有限的微生物含量導致DOC以較小的速率變化。
對陜西黃土高原地區降水變化進行研究發現，從二十世紀九十年代末期以來，陜西省日降水量大于25 mm的強降水日數有增加趨勢[10]，在強降水過程中，沖刷作用減弱了表層土壤呼吸強度。由于降水的沖刷作用對深層土壤的影響有限，深層SOC較難受到高強度的沖刷淋洗，表土層SOC呼吸強度的變化可能造成土壤強降水后呼吸強度的減弱。目前，DOC的移除對土壤呼吸的影響尚無一致的結論，盡管本試驗發現在20 cm表土層CO2釋放量變化明顯，但40和60 cm在培養過程中沒有出現一致的變化特點，顯示了降水淋失對土壤呼吸強度影響的復雜性。
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