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全球气候变化及能源
积存量和流量

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在本模拟中,我们将看到在您改变水流入浴缸的速度时发生的情况。当水流入浴盆的速度比流出浴盆的速度快时会发生什么情况呢?

积存量和流量

单击该图像会显示动画,在此动画中您可以控制水流入浴缸的速度。

浴缸内的水位将上升,直到最后浴缸内的水溢出。当水流出浴缸的速度比流入浴缸的速度快时会发生什么情况呢?水位开始下降。最后,如果我们使流入浴盆的速度与流出浴盆的速度相同,则我们会看到水位保持稳定不变。

这个浴缸模拟显示了“积存量和流量”结构,这在我们身边的自然科学和社会科学系统中都可以发现。积存量也称为积聚物。浴缸中的水为积存量。留心观察您会在各处看到这些积存量。某些事物的数量(如,森林中树木的数量或体育场中人的数量)都被称为“积存量”。积存量因流入和流出的变化而不同。流量是任何事物——可以是水、金钱甚至谣言——流入和流出积存量的速率。在我们的浴缸模拟中,水龙头用来控制流入积存量的水流;而在浴盆底部的排水管则将水排放出去。

积存量和流量对产生我们遇到的某些最复杂的动态特性扮演重要角色。例如,积存量积聚过去的事件。对 DDT 杀虫剂的研究表明即使从 1971 年至 2000 年 DDT 的使用量已降为零,但 1995 年后鱼内残留的 DDT 含量仍高于 1971 年的水平。DDT 从植物和建筑物的表面蒸发需要 6 个月,但它留在鱼组织内的时间却长达 50 年。鱼组织内的 DDT 量就是一个积存量。让我们再多看几个日常生活中的积存量和流量结构,并查看它们工作的原理。

树木

在规模小的杉树森林中,我们将树木的数量认作积存量。
一家木材公司以固定的速率砍伐这些树木。被砍伐的树木就是从积存量中流出的量。同时,每年种植固定数量的树以填补森林缺少树木的空缺,然后经过一段平均时间,树木就生长成熟。在这种情况下,森林系统处于平衡状态,树木的流入等于以伐木表示的流出。

树木

单击图片以观看杉树森林中伐木和植树的模拟。

现在,让我们假定另一种情况:伐木的需求不断上升,树木采伐的固定速率也会随之提高。这样需要增加树木种植量以填补被伐的树木。常识认为森林仍将保持相同的规模,但这是不可能的。为什么呢?森林中的树木数量是一个积存量。种植杉树的速率是流入积存量的速率。流出的速率是砍伐树的速率。正如我们在浴缸示例中所看到的,如果流入积存量的速率低于流出积存量的速率,则积存量会降低。同样在这里,如果杉树砍伐的速率比种植树木的速率快,并允许它们成熟生长,则杉树的积存量将下降。

银行帐户

您可以将银行帐户假定为上述示例中的浴缸,只要您存款并自然生息,则帐户中的钱就会越来越多。银行帐户余额就是积存量,它随着时间推移不断积聚;取款就像排水。如果取款(银行账户的流出量)多于存款和利息(流入量),则金钱的“积存量”会发生什么呢?金钱的积存量,即您的余额会下降。

国债

我们也可以将积存量和流量的思维方法用于思考国债。国债是政府欠出借人的金钱数量。例如,当您买政府债券时,您将钱借给政府。欠您和其他出借人的金钱数就是国债。

积存量和流量

单击该图像会显示动画,在此动画中您可以查看国债的积存量和流量与浴缸中水的流入量和流出量之间的相似性。

您可能会认为如果国家减少其预算赤字,那么国债也会减少,是吗? 预算赤字是政府的收入(大部分来自税收)与支出的差额。通常情况下,一次计算一年的赤字。如果支出比收入多,就会产生赤字。政府必须借款来弥补该差额。这就增加了国债。

让我们用浴缸来比喻这个问题。国债与流入浴缸的水流量很相似,赤字就是国家借款的速率。国债就像浴缸中的水,它是积聚债务的积存量。关闭水龙头并减少赤字,债务积聚的速率会下降,但债务本身仍然保持积聚状态。要降低债务积存量,需要流出积存量的流量大于流入积存量的流量。这需要还债的速率高于借债的速率。

国民财富

如果我们将积存量比做“国民财富”,则解决问题的方法就是通过刺激经济增长来开大水龙头。这将增加流入积存量的流量。另一种方法是通过降低流出量来增加积存量。降低流出量来增加国民财富的一个举措就是修理和维护旧设备并购买新设备。

积存量和流量

单击该图像会显示动画,在此动画中可以查看温室气体的积存量和流量与浴缸中水的流入量和流出量之间的相似性。

气候变化

浴缸如何与气候变化相关?

将地球比做巨大的浴缸。设想温室气体(GHG)的浓度为浴缸中的水,即积存量。通过水龙头流入温室气体积存量的是排放的温室气体。排放或流出浴缸的量表示 CO2 和其他温室气体通过海洋、生物和其他吸收源从大气中移除的速率。

许多气象学家都认为由于森林采伐和其他碳吸收源的饱和,人类排放温室气体的速率是移除速率的两倍。即注入浴缸的速度比从浴缸排放的速度快两倍。即使采取缓和大气变化的政策能够使温室气体排放量降低,大气温室气体浓度仍将持续上升直至排放速率低于移除速率。为使大气中的温室气体的积存量能够实际降低,流出量(移除速率)必须高于流入量(温室气体排放)。

 

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气温变化历史记录
使用代用资料提供一些线索
温室效应
温室气体
碳循环
CO2 吸收
CO2
CO2 产生—国际了望
积存量和流量
CO2 与气温变化

太阳和地球以及气温变化
全球变暖的影响
公地悲剧
可能的解决方案
能效
其他能源
碳收集和存储
Weyburn 油田—提高采油率
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