北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸时间变化特征

利用LI-8100开路式土壤碳通量系统测定龙王山森林土壤呼吸速率,研究北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率的日变化和季节性变化规律.结果表明:北亚热带落叶阔叶林土壤呼吸速率在12—14时达到最大,与土壤温度变化基本一致;森林土壤呼吸速率随土壤温度的季节性变化而变化,在夏季土壤呼吸速率较高,在冬季土壤呼吸速率较低;土壤呼吸速率与土壤温度间存在着明显的指数关系,土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀为2.81.     

江西大岗山杉木人工林生态系统土壤呼吸研究

以江西大岗山杉木人工林为研究对象,采用LI-6400便携式光合测定系统及土壤呼吸叶室6400-09,在2005年4—10月和2006年4—10月,连续测定了2个生长季的土壤CO2释放速率,并对土壤呼吸规律进行了分析研究。结果表明,土壤呼吸的日动态和季节动态都呈单峰型;土壤呼吸速率与地表空气温度和0～10 cm土壤温度的指数回归关系良好,但单独用土壤含水率的变化解释土壤呼吸速率变异是不合适的。选择0～10 cm土壤温度和0～10 cm土壤含水率解释土壤呼吸速率的变异,双因子模型比单因子模型好。根据土壤呼吸速率与0～10 cm土壤温度的指数模型,结合试验地2006年1—12月的气象资料,计算出大岗山杉木人工林土壤呼吸年释放碳量为9.80 t.hm-2。     

不同土壤水分控制对东北地区玉米农田土壤呼吸的影响

基于锦州地区土壤水分控制试验,研究不同土壤水分条件(土壤相对湿度分别为86%、96%和105%)对东北地区玉米农田土壤呼吸的影响,分析不同土壤水分条件下玉米农田土壤温度对土壤呼吸速率的影响。结果表明:2013年锦州地区玉米农田不同土壤水分控制影响土壤呼吸速率的大小,同时间不同土壤水分控制条件下玉米农田的土壤呼吸速率均随土壤相对湿度的增加而降低(土壤相对湿度86%土壤相对湿度96%土壤相对湿度105%)。锦州地区玉米农田土壤呼吸的日动态和季节动态变化趋势均不受土壤水分的影响,均呈单峰型,其中土壤呼吸速率日最大值出现在11—14时,土壤呼吸速率季最大值出现在8月。不同土壤水分控制影响玉米农田土壤呼吸对土壤温度的敏感性,土壤呼吸的日动态变化与10 cm土壤温度的日动态变化存在时间滞后性,8月和9月土壤温度最大值较土壤呼吸最大值滞后5—6 h。不同土壤水分条件下玉米农田土壤呼吸速率与10 cm、15 cm、30 cm和45 cm土壤温度均呈显著或极显著的正相关关系,其中土壤呼吸速率与45 cm土壤温度相关性最高。2013年锦州地区不同土壤相对湿度条件下(86%、96%和105%),玉米农田的土壤呼吸速率与45 cm土壤温度均呈指数函数关系,土壤相对湿度为86%、96%和105%时的土壤温度敏感性指数Q_(10)分别为1.92、2.20、1.72。     

古尔班通古特沙漠土壤物理参数时间变化特征及其影响因子研究

以古尔班通古特沙漠为研究靶区,利用2020年全年克拉美丽陆-气相互作用观测试验站连续观测数据,分析了古尔班通古特沙漠土壤温湿度、土壤热通量、土壤盐分及导热率等主要土壤参数变化特征及影响因子。结果表明：（1）古尔班通古特沙漠土壤温度年日均值变化呈倒“U”型,季节变化特征明显,总体表现为夏季>春季>秋季>冬季,浅层土壤温度的变化幅度大于深层,湿度变化特征为春夏高,秋冬低,通常表现为随土壤深度增加土壤湿度逐渐升高;土壤热通量变化总体表现为春夏高,秋冬低,日变化幅度春夏秋冬依次递减。（2）古尔班通古特沙漠土壤导热率年均值为0.832 W·m-1·K-1,导热率与降水呈显著的正相关,土壤温湿度、土壤盐分是影响沙漠区土壤导热率的主要因子。在冻土条件下,土壤导热率平均为0.634 W·m-1·K-1,且其随土壤湿度增加而增加,冻土时导热随湿度增加的速率约为非冻土时的2.5倍;在降水条件下,土壤含水量小于0.06 m3·m-3时土壤导热率呈现缓慢增加趋势,大于0.06 m3·m-3时随湿度上升而迅速增加;在融雪时期,土壤含水量小于0.11 m3·m-3时土壤导热率随湿度上升缓慢增加,大于0.11 m3·m-3时土壤导热率迅速上升。     

生长旺盛期呼伦贝尔草甸草原生态系统呼吸与CH_4吸收通量的日变化研究

利用静态箱法于2011年结实期和2012年开花期与结实期分别对不同人类活动(自由放牧和刈割)影响下的呼伦贝尔草甸草原及相应的封育草原的CH4通量和植物土壤系统呼吸作用排放的CO2通量进行野外定位观测研究。结果表明:呼伦贝尔草甸草原(放牧和刈割及其对应的封育样地)均表现为CH4的汇,3个观测时期汇强的变化范围为:-23.98±6.40~-95.96±28.57μg Cm-2 h-1。呼伦贝尔草甸草原CH4通量的日变化对温度的响应较为复杂。不同时期呼伦贝尔草甸草原的植物土壤系统呼吸速率的日变化存在差异,水分和温度的共同影响造成2012年结实期日均CO2排放量低于2011年结实期。放牧对呼伦贝尔草甸草原CH4吸收通量的日变化模式的影响较小,但在2011年结实期和2012年开花期促进了CH4日均通量(促进幅度12.05%~93.35%),2012年结实期放牧降低了CH4日均通量(降低幅度23.32%~30.43%);刈割降低CH4吸收日均通量11.55%~60.62%。呼伦贝尔草甸草原日均累计碳排放量中CH4所占比例为0.35%~2.62%,而放牧和刈割行为对呼伦贝尔草甸草原的日均累计碳排放的影响结果在不同物候期以及不同植被群落类型均有不同。     

黄土高原半干旱区2020年生长季草地土壤呼吸特征及其影响因素

采用LI-8100A型土壤碳通量仪对黄土高原半干旱区草地生长季(5—10月)的土壤呼吸速率、土壤温度及含水量进行连续观测,综合分析土壤呼吸的时间变化规律,并研究环境因子对呼吸速率的影响。结果表明:(1)不同天气条件下土壤呼吸速率的日动态变化差异明显,晴天的日均值(2.90μmol·m^(-2)·s^(-1))与变化范围(1.73~4.92μmol·m^(-2)·s^(-1))明显大于多云天和阴天。不同月份土壤呼吸速率的平均日变化均呈现“单峰型”结构,最高值(2.20~4.40μmol·m^(-2)·s^(-1))、最低值(0.71~1.70μmol·m^(-2)·s^(-1))分别出现在12:00或13:00、05:00或06:00,日均值接近于10:00或19:00的观测值。(2)白天和夜间土壤呼吸速率在5—6月处于较小值,从6月开始逐渐增大,8月达到峰值(白天3.31±0.98μmol·m^(-2)·s^(-1)、夜间1.80±0.39μmol·m^(-2)·s^(-1)),之后逐渐减小,10月出现最低值(白天1.55±0.55μmol·m^(-2)·s^(-1)、夜间0.81±0.12μmol·m^(-2)·s^(-1)),且白天通常高于夜间。整个生长季夜间土壤呼吸对全天总呼吸的贡献率为27.2%~32.4%。因此,在当前草地生态系统碳循环模型中应考虑夜间土壤呼吸的影响。(3)土壤温度是影响生长季土壤呼吸速率的主要环境因子,但土壤温度单变量模型不足以全面解释土壤呼吸的动态变化。结合土壤温度与含水量的双变量非线性模型能更好地拟合土壤呼吸速率,对其变异的解释程度达74.0%。(4)2020年生长季,全天、白天和夜间土壤呼吸的温度敏感性指数(Q;)变化范围分别为1.38~2.14、1.22~1.96和0.85~1.64,对应平均值分别为1.58±0.23、1.41±0.19和1.20±0.16。如果只用白天时段的Q;值代替日均值,将造成约10.8%的低估。     

唐古拉地区高寒草甸生态系统CO2通量特征研究

采用涡动相关法对青藏高原唐古拉地区高寒草甸生态系统在2007年CO2通量及活动层水热动态进行了连续观测。结果表明, 各月CO2通量日变化均呈单峰型, 日通量峰值一般出现在中午, 最大排放峰值出现在5月, 为0.29 g·m-2·h-1; 最大吸收峰值出现在8月, 为-0.25 g·m-2·h-1, 除7月和8月CO2通量日变化表现出吸收特征外, 其余各月均表现为排放特征。与青藏高原连续多年冻土周边地区相比, 唐古拉地区CO2通量日变化峰值明显偏小。CO2通量季节变化呈双峰型, 表现为春\, 秋季强排放、 夏季弱吸收和冬季弱排放。5月为CO2通量全年最大排放月, 排放量为132.4 g·m-2; 8月为CO2通量全年最大吸收月, 吸收量为-37.7 g·m-2。春\, 秋季, CO2通量与5 cm土壤温度和未冻水含量变化呈显著的正相关关系, 而夏季与5 cm土壤温度变化呈显著的负相关关系, CO2通量对光合有效辐射变化基本没有响应。     

沈阳城市绿地土壤呼吸时空变化特征

以沈阳市4类植被配置方式24块城市绿地为研究对象,探究城市绿地土壤呼吸速率的时空动态变化规律及其影响因素。结果表明：土壤呼吸速率具有显著的夏季高、冬季低的季节动态规律性,偏相关分析显示,土壤温度与土壤呼吸时间动态变化显著相关。此外,植被配置方式对绿地土壤呼吸速率的影响存在差异：稀乔（5.68 μmol·m^-2·s^-1）>乔草（5.66 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌（4.75 μmol·m^-2·s^-1）>乔灌草（3.84 μmol·m^-2·s^-1）,稀乔和乔草土壤呼吸显著高于乔灌草配置。空间异质性分析显示,由疏透度导致的地表土壤温度差异,加之土壤有机质等养分条件差异可能是不同植被配置城市绿地土壤呼吸速率出现差异的主要因素。冬季和夏季拟合结果对比显示土壤温度是影响城市绿地碳排放空间异质性的主要因素,因此,如何通过合理的植被配置减少直达地表光照辐射、降低土壤温度是实现城市绿地减排的重要选项。     

珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生态系统CO2通量日变化与月变化特征

采用涡度相关法,对珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生长季与非生长季(2005年5～7月、10月、11月及2006年2月、3月)的CO2通量进行了观测.分析结果表明,在生长季,CO2通量存在明显的日变化,08:00～19:00(北京时,下同)为CO2净吸收,20:00～09:00为C02净排放.6月,CO2通量峰值出现在11:00左右为-0.61g·m-2·h-1;而7月,CO2通量峰值出现在14:00,达到-0.86g·m-2·h-1.从月变化来看,5月为CO2净排放,月总量为89g·CO2·m-2,6月和7月均为CO2净吸收阶段,月吸收总量分别为70g·CO2·m-2和104g·CO2·m-2;而10月,植物枯黄,生态系统转为碳排放,月排放量约为50g·CO2·m-2,与次年3月份月总量(52g·Co2·m-2)接近,而11月份与次年2月份的月排放量接近(分别是23g·CO2·m-2,25g·CO2·m-2).非生长季(2月)CO2通量日变化振幅很小,除14:00～19:00少量的CO2净排放外(0.14g·m-2·h-1左右),其余时间CO2接近零.     

塔克拉玛干沙漠腹地流沙下垫面土壤呼吸特征及影响因素分析

通过LI-COR8100A土壤碳通量观测系统分别于2013年1月、5月、10月和11月进行了塔克拉玛干沙漠腹地塔中流沙下垫面土壤呼吸速率测定试验,并分析了相应的土壤水热因子对呼吸速率的影响。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地土壤呼吸速率整体偏低,但具有明显的昼夜波动性和季节变化特征。研究区流沙土壤中可能存在的无机碳过程是导致夜间及凌晨的土壤呼吸速率为负值,白天为正值的主要原因。不同时段的土壤呼吸速率(Rs)分别与土壤表层0~5 cm平均土壤温度(T)和湿度(W)间存在较为同步的昼夜变化趋势且具有良好的回归关系。相对于单因素影响的回归分析,土壤温、湿度的协同作用能够从整体角度更好地解释土壤呼吸速率的变化情况。回归方程Rs=a+bT+cW和Rs=a+bT+cW+dTW可解释不同时段土壤呼吸速率76.0%以上的变化情况。这说明土壤温、湿度是控制土壤呼吸速率的主要环境因子。沙漠腹地土壤极低的水分条件成为土壤呼吸的限制性因子,呼吸速率对于作为限制性因子的土壤湿度的变化响应则更加直接,而对于土壤温度变化的敏感性就有所下降,导致土壤呼吸速率与土壤温度回归关系出现明显的时滞环现象。     

温江站夏季大气边界层垂直结构特征

利用温江观测站边界层塔和探空获取的观测资料,从地表物理量的日变化、边界层的垂直结构及逐日变化这些方面分析该站夏季边界层特征,得到以下结论:(1)地表各物理量都具有明显的日变化特征,呈现一峰一谷的演变状态,其中地表热通量、动量通量、气温以及风速的峰值皆出现在午后,谷值出现在凌晨,湿度与气温日变化是反位相的。(2)近地层低层大气气温在早晚时段,随高度的增加而上升,呈逆温状态;午间时段随高度的增加而下降。9 m以下大气在午后的比湿梯度最大。风速值随着高度的增高而增大,风切变随着高度的增高而减小。(3)探空观测的边界层垂直结构显示:夏季温江站早晚边界层大气层结稳定,而午后表现为典型的混合边界层特征。大气温/湿度差异随高度增长而降低,各个时次温/湿度的差异都主要集中边界层低层,越靠近地面大气温/湿度差异越突出。8:00的温度最低,14:00最高。14:00的大气比湿最小,2:00和20:00较大。近地层风速随高度增长较快,在离地2~300 m左右高度达到一个极值,4个时次的风速差异不大。(4)地表温度、短波辐射、感热通量对边界层的高度和降水都有一定的影响。     

黄土高原半干旱区夏季晴天陆面特征模拟与观测对比分析

以甘肃定西为例,利用中尺度模式MM5模拟了黄土高原半干旱区夏季晴人的陆面特征,并与观测资料进行对比分析。结果表明,对气温、土壤热通量、辐射、感热通量的模拟结果与观测比较一致,而对比湿、地表温度、潜热通量的模拟结果与观测偏差稍大。夏季晴天,定西地区的地表温度日最高值出现时间较13最高气温出现时间早了3h,但两者日最低值出现时间相同;10cm深度处的土壤温度存在明显的日变化,而40、80cm深度处无明显的日变化;空气湿度较低,夜晚比湿的变化与露水的凝结量变化时间一致;土壤热通量呈典型的单峰型日变化特征,日最大值出现在13：00,与太阳短波辐射与地表反射辐射日最大值出现的时间相同;在半干旱区感热通量明显大于潜热通量,热通量以感热通量为主;边界层高度最高可达到2100m左右,比干旱区敦煌的低1000m左右。     

上海秋冬季地表能量平衡及CO2通量特征分析

利用2012年11月11日至2013年1月20日上海秋冬季涡动相关通量观测资料,对比分析地表能量平衡和CO₂通量在不同天气条件下的日变化特征。结果表明：2012-2013年上海晴天和多云天气条件下,最大能量通量为储热项,其次为感热项;用于蒸发的潜热通量项最小,低于50 w·m^-2。储热项日峰值出现在11时,出现时间早于净辐射通量,而在日落前转为负值。感热项日变化曲线并不以12时为中心呈对称分布,日落后感热项仍为明显正值。中午至日落时波文比值为3以上。感热通量受风向影响最大,在主导风向为西北风时,感热通量日峰值从其他风向的175 w·m^-2左右减小至120 w·m^-2左右。霾和云对短波辐射均表现为衰减作用,云的衰减作用明显大于霾。云使地表向上长波辐射和净长波辐射明显减少,而使大气逆辐射增加。晴天条件下,全天表现为CO₂排放源,且日变化呈双峰型,两个峰值出现时间正好对应上下班高峰时段,傍晚峰值大于早上峰值。     

新疆阿勒泰地区夏季短时强降水时空分布特征

利用2010—2018年夏季阿勒泰地区112个自动气象站逐时降水资料,采用常规统计方法分析了阿勒泰地区夏季短时强降水时空分布特征。结果表明,2010—2018年夏季阿勒泰地区短时强降水的空间分布极不均匀,主要发生在阿尔泰山和沙吾尔山迎风坡、地形陡升区、喇叭口地形、戈壁和乌伦古湖交界区等复杂地形附近;发生次数年际变化大,2017年出现最多达95次,2010年出现最少为10次;极大值出现在2017年6月30日15:00哈巴河县合孜勒哈克村（37.5 mm/h）,极小值出现在2015年8月9日17:00福海县工业园区（22.5 mm/h）。旬、日发生频次变化均呈单峰型,旬峰值出现在7月上旬,日高峰值时段出现在午后至傍晚（19时左右）;各站短时强降水持续时间为1—2 h,区域性短时强降水最长持续时间为5 h;2017年短时强降水出现最多、持续时间最长、范围最广、强度最强。     

台风“珍珠”登陆期间动量通量的多尺度分析

利用台风"珍珠"登陆前后的近地层湍流观测资料,分析了该台风经过观测场地前后地面气象要素的变化及其动量通量特征。结果表明,台风"珍珠"经过观测场地前后的近地层气象要素发生了急剧的变化,并且在台风前部存在强的中尺度对流系统,反映在风速能谱密度结构上,频率f在3×10-4~2×10-3Hz之间的中尺度信号对能谱的贡献比平稳天气形势下的能谱贡献大很多,尤其是顺风方向风速的能谱密度的峰值与湍流信号的峰值相当;动量通量分析结果表明,台风中心经过观测场地的前后三小时,近地层通量以向下输送的中尺度通量为主,湍流通量的贡献相对于中尺度通量较小,也是向下输送的;而在其他时段,近地层通量主要以向上输送的湍流通量为主,中尺度通量量值很小,可以忽略。     

青藏高原地表分类及其东北部辐射通量的二维数值模拟

通过对青藏高原地区地表特征的格点分类及沿五道梁站的经向二维中尺度数值模拟,结果发现：青藏高原地区１３类地表特征都有,尽管其植被自西北向东南呈带状分布,但仍十分复杂;而其地表特征的这种格点分类为该地区的高分辨数值模式模拟提供了极其有用的下边界条件。地面净辐射通量及其诸分量的模拟结果与观测结果的相当接近与一致表明,该模式具有模拟青藏高原地区地面通量日变化的能力。模拟结果和观测分析还指出：夏天睛天条件下     

天津市夏季降水日变化特征

利用1954－2007年天津市夏季逐时自记降水资料,分析了天津市夏季降水（包括逐小时降水量、降水频次、降水强度以及不同持续时间降水）日变化规律。结果表明：天津市一日内不同时次的多年累积降水量具有显著的日变化特征,呈明显的双峰型,高值分别出现在午后17时和午夜02时。逐小时降水强度与降水量的变化特征非常一致,而多年累积降水频次在凌晨02时至08时较高,之后至11时逐步降低,11时至24时变化不大。降水量与降水频次及降水强度的关系均达到显著性水平（P < 0.001）,但逐小时降水强度与降水量相关性明显高于降水频次,表明降水量变化与降水强度有直接的关系,而降水频次对累积降水量的贡献占较小的权重。持续不同时间降水事件的发生次数在一日内的变化特征明显不同,长时性降水峰值集中在清晨,而短时性降水尤其是1-3 h降水主要以午后为主。     

新疆北部暖季短时强降水的时空分布特征

基于2013—2019年暖季新疆北部518个自动站逐时降水资料,运用常规统计、归一化及其偏离程度、降水集中度(PCD)和集中期(PCP)等方法,研究该区短时强降水(Flash Heavy Rain,FHR)时空分布和统计特征。结果表明:(1)近7 a新疆北部FHR发生频次年变化大,2016年最多,2014年最少,前者是后者的3.9倍。(2)FHR集中发生在6—7月,6月下旬为峰值,且日变化呈明显的单峰型,峰值主要在17:00—19:00。(3)FHR发生频次集中在山脉的迎风坡和喇叭口地形附近。(4)FHR PCD呈现由南向北、由西向东逐渐集中,阿勒泰地区最集中;PCP自伊犁河谷至天山北坡,从克拉玛依向西、向北逐渐推迟,阿勒泰地区最晚。(5)PCD伊犁河谷、天山北坡年变化呈增大的趋势,其它区域呈减小的趋势。PCP阿勒泰地区、博州、天山北坡年变化呈增大趋势,其它区域呈减小的趋势。     

新疆昌吉绿洲地表辐射收支特征

利用新疆昌吉佃坝绿洲区陆气相互作用观测站2020年3—11月的地表辐射观测数据和同期的天气现象观测记录数据,定量分析昌吉绿洲区不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征。结果表明：（1）辐射分量日均值和日峰值时间有季节性差异,特殊天气现象对辐射通量有影响。(2) 地表辐射月曝辐量随季节变化显著。(3) 地表反照率月平均日变化季节性明显,晴天时地表反照率呈平滑的“U形”曲线,非晴天时曲线变化皆不规则、不平滑。(4)不同天气下辐射分量有独特日变化特征,轻雾、雨天、大风、扬沙、多云天等典型天气会给辐射分量带来不同程度的衰减,雨天、大风和多云天气衰减最为明显。