三峡水库CO2、CH4通量监测分析研究

自成库以来,三峡水库CO₂、CH₄等温室气体通量较蓄水前发生明显改变。如何科学认识和客观评估三峡水库修建及运行对其CO₂、CH₄等温室气体通量的影响备受关注。本文简要回顾了自2009年以来在三峡水库开展CO₂、CH₄等温室气体通量监测与分析工作,综述认为,现阶段三峡水库温室气体排放以水-气界面扩散释放为主要途径。陆源输入的有机碳是主导三峡水库CO₂、CH₄产生的主要碳源,但在局部区段或时段自源性有机碳的贡献亦十分显著。同蓄水前相比,三峡水库碳排放量呈现为净增加,淹没效应约占水库C净增量的20%,库区内点面源污染负荷并未对CO₂排放的净增量产生显著贡献,阻隔效应和生态系统重建效应对三峡水库碳排放的净增量产生显著贡献。近10年来,监测方法比对、监测点位优化等工作在一定程度上完善了三峡水库温室气体通量监测体系。新方法、新技术的引入也为三峡水库温室气体通量监测分析提供了有利支撑和保障,但复杂水文环境...     

L1相关速度谱

本文提出了L_p相关的基本概念、定义及性质。特别分析了P=1的L₁相关与普通相关不同的特点,并将之应用于地震信号速度谱分析。本文分析了速度信息寄载于地震记录中的基本特点,并采用L₁相关技术进行速度分析。结果表明,它比普通相关及符号位相关能更充分地提取地震信号中的速度信息,从而提高速度谱的质量和抗干扰能力。L₁相关不用乘法运算,因而大大减少了运算量。 使用新方法和普通方法对理论模型和实际地震信号进行对比研究,结果说明新方法的改善效果是明显的。     

三峡水库澎溪河CO2、CH4气泡释放通量初探

气泡释放是天然水体中水-气交换的重要途径之一.采用改进的倒置漏斗型气泡通量监测装置于2012年3-8月期间对三峡支流澎溪河高阳平湖库湾水域进行气泡释放通量的监测研究.研究期间,研究水域CH4气泡释放通量变化范围为0.01 ～ 23288.64 μmol/(m2·d);CO2气泡释放通量变化范围为0～799.89 μmol/(m2·d).不同常规采样点CH4、CO2气泡释放通量均呈现出高度的时空异质性特征.但CH4气泡释放通量显著高于CO2气泡释放通量,且二者释放过程具有同步性.同国外已有水库监测结果相比,澎溪河回水区高阳平湖库湾水域CH4、CO2气泡释放通量位于中等水平.CH4气泡释放通量约为同期CH4扩散通量的0～ 1893.90％,超量释放下CH4气泡释放通量可达同水域CH4扩散通量的6270.5％±390.0％.CO2气泡释放通量仅占同期扩散通量绝对值的0～ 21.74‰,超量释放下,CO2气泡释放通量亦仅为同期扩散通量绝对值的40.33‰ ±0.93‰.CH4气泡释放通量在支流库湾水域对总通量的贡献不可忽视.     

北京城区低层大气PM10和PM2.5垂直结构及其动力特征

2003年8月10~26日在中国科学院大气物理研究所气象铁塔3个不同高度(8, 100和320 m)得到了1 min平均的PM_2.5和PM₁₀连续质量浓度资料, 配合其它观测资料, 其中包括4个不同高度(8, 100, 200和320 m)PM_2.5和PM₁₀日平均质量浓度, CO和NO₂连续观测, 并结合气象铁塔同期的气象场观测, 揭示了北京城区PM_2.5和PM₁₀垂直结构及其动力特征. 北京325 m铁塔所观测到的气溶胶垂直分布大致分为两种类型: 渐缓递减型和快速递减型. 静稳天气以及污染日气溶胶垂直分布属于渐缓递减型, 而弱冷空气过境及清洁日气溶胶垂直分布属快速递减型, 气溶胶垂直分布特征是和边界层大气动力、热力结构及湍流特点密切相关. 清洁日低层(100 m)PM_2.5和PM₁₀浓度较接近于8 m, 高层(320 m)浓度下降较快, 其浓度和8 m相比几乎下降了—半, 其中PM_2.5下降的略偏多些. 清洁日150 m以下存在较强的湍流强度, 气溶胶能够很好地混合, 但受上层较强的逆温层阻档又不能向高层输送, 同时, 清洁日各层水平风速较大, 尤其高层增加更加明显, 结果高层气溶胶浓度迅速降低, 因此造成气溶胶垂直分布上下浓度的明显差异. 污染日低、中(200 m)、高层PM_2.5和PM₁₀浓度与8 m比较平均逐层下降10%左右. 污染日伴随着边界层低风速出现, 同时边界层有两重浅薄递温层结构, 但气溶胶仍可在逆温层下进行—定的混合, 因此污染日PM_2.5和PM₁₀浓度随高度降低比较缓慢; 观测结果还发现320 m高度在西南和东南风向条件下PM_2.5和PM₁₀均明显出现高浓度值, 而其它高度PM_2.5和PM₁₀浓度和风向没有关系. 足痕分析计算结果表明这是由于来自污染相对较重的河北省保定、石家庄以及天津、山东等北京偏南地区对该高度的贡献, 而低层仅受北京局地源的影响. 所计算的功率谱和周期初步反映了静稳天气条件下铁塔各高度PM₁₀的周期仅以分钟量级计, 而风速较大情况下PM₁₀和PM_2.5在320 m除存在分钟量级的短周期外, 尚有小时级的较长周期出现; 和作者以往观测所发现的在北京不同测点、不同高度, 各空气污染物种有同位相变化特点一样, 基于试验同样观测到铁塔不同高度PM_2.5和PM₁₀日变化及平均日变化也有同位相的特点, 其充分展示了北京城市冠层中存在空气污染物同位相的时空分布特征; PM10和PM_2.5平均日变化呈较平缓的双峰特征. 其密切地联系到北京城市冠层中不同高度存在明显的湍流动量通量、感热通量和湍流动能的相似日变化的特点; 此外, 静稳天气PM_2.5和PM₁₀浓度随高度增加降低较慢, 低层降低为8 m的90%左右, 中层略低于低层, 高层约为8 m的80%. 弱冷空气过境天气条件下PM_2.5和PM₁₀浓度随高度增加明显降低, 低层可降到8 m的70%, 中层以上降到20%~30%, 其中PM_2.5降低的更多—些.     

CO2浓度升高对稻田CH4和N2O排放的影响——Meta分析

CO₂浓度升高对稻田生态系统碳(C)氮(N)循环具有重要作用,阐明CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响是农业生产应对全球气候变化的重要组成部分.文章采用Meta分析的方法,讨论了不同CO₂浓度升高状况和田间管理措施条件下CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响,结果可为未来气候条件下稻田温室气体减排提供参考.结果表明:整体平均而言,CO₂浓度升高显著增加稻田CH₄排放(增幅为23%,P<0.05),同时显著降低稻田N₂O排放(降幅为22%,P<0.05).CO₂浓度升高对稻田CH₄和N₂O排放的影响程度与CO₂熏气年限和CO₂浓度梯度有关.CO₂熏气年限≥10a时,CO₂浓度升高同时显著降低稻田CH₄和N₂O排放,降幅分别为27%和53%(P<0.05);随CO₂浓度梯度上升,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放的促进作用呈现先减弱后增强的趋势,而对稻田N₂O排放的影响则由促进作用变为抑制作用.不同N肥施用量、秸秆还田、水分管理和水稻品种等田间管理措施不同程度地影响稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高的响应.无秸秆和半量秸秆还田时,CO₂浓度升高显著促进稻田CH₄排放(增幅分别为27%和49%,P<0.05),而全量秸秆还田时,CO₂浓度升高对稻田CH₄排放无显著影响(P>0.05);随秸秆还田量的增加,CO₂浓度升高对稻田N₂O排放的抑制作用不断增强.对比持续淹水,间歇灌溉条件下CO₂浓度升高减弱了对稻田CH₄排放的促进作用,却增强了对稻田N₂O排放的抑制作用.未来CO₂浓度升高条件下,建议推广全量秸秆还田和间歇灌溉相结合的稻田管理措施,并辅以优化N肥管理和选育"高产低排"水稻品种等方法,达到最优的"增产减排"效果.此外,有必要进行多尺度、多要素和多方法的综合研究,以期有效降低稻田CH₄和N₂O排放对CO₂浓度升高响应的不确定性.     

地倾斜固体潮O1和K1日波分潮的海潮效应

本文采用沈育疆等编绘的海潮图,用Farrell给出的地倾斜负荷格林函数褶积积分法,计算了海潮O₁和K₁分潮对我国北京等12个测站地倾斜固体潮的海潮效应。对泰安等测站地倾斜固体潮的观测值进行了海潮改正。     

电离层F1-F2谷区结构及其变化

本文给出一个从电离层频高图提取F₁-F₂谷区信息的剖面分析方法.利用该方法分析处理了武昌站的垂测记录,揭示了我国中低纬地区上空F₁-F₂谷区形态的某些变化规律和地区特色.对该类谷区的形成机制进行了初步探讨,认为在光化理论中若考虑基态与亚稳态两种氧离子的不同作用,可以说明该谷区的出现和基本变化趋势.     

武汉和阿德莱德大气太阴N2潮及M2潮的对比分析

利用阿德莱德（35°S,138°E）和武汉（30.6°N,114.5°E）的流星雷达观测数据首次给出了80~100 km高度上周期为12.66太阳时的大气太阴半日潮汐（N₂潮）的季节、高度、年度变化及其与周期为12.42太阳时的大气太阴半日潮汐（M₂潮）的对比分析.分析结果表明：武汉和阿德莱德的N₂潮和M₂潮均有明显的季节、高度和年度变化.N₂潮与M₂潮的幅度比值大于其引力势之比0.191,在某些年份的不同季节和高度上,N₂潮的幅度甚至大于M₂潮的幅度.大多幅度之比接近或超过N₂潮和M₂潮引力势之比的2倍.中低热层的大气太阴N₂潮汐值得关注.     

夏季金沙江下游水-气界面CO2、CH4通量特征初探

河流是连接大陆和海洋两大碳库的桥梁,在全球碳循环中的作用举足轻重.金沙江作为长江的上游段,对区域碳循环及区域化学风化的影响非常重要.于2015年8月8-18日对金沙江下游水-气界面CO_2与CH_4通量特征进行监测与分析.采用顶空平衡法结合薄边界层模型估算法计算表层水体CO_2与CH_4的分压以及水-气界面的交换通量,并分析环境变量与其之间的相关性.研究发现,金沙江下游表层水体p(CO_2)平均值为2724.84±477.18μatm,表层水体p(CH_4)平均值为59.96±6.74μatm;水-气界面CO_2通量平均值为2.24±0.50 mmol/(m2·h),CH_4通量平均值为0.000163±0.00009 mmol/(m2·h),通量与分压趋势基本保持一致.表层水体p(CO_2)与溶解性无机碳浓度、碱度均呈显著正相关,而p(CH_4)与水温、叶绿素a浓度均呈显著正相关,CO_2通量与p(CO_2)、溶解性无机碳浓度、碱度均呈正相关,CH_4通量与p(CH_4)、风速均呈正相关,其他环境因素对通量的影响不明显,仍需进一步研究.金沙江下游水-气界面CH_4扩散通量较低,而CO_2扩散通量在世界主要河流中属于中等水平.     

风尘堆积中SiO2/Al2O3值与粒度的关系及其对东亚冬季风的指示意义

在渭南及洛川剖面将基本未经历风化的黄土样品分离成8个粒级后进行化学分析, 结果表明, <50 mm的各粒级样品中SiO₂/Al₂O₃分子比与粒度f 值呈明显线性负相关, 即在<50 mm粒级范围内颗粒越粗, 黄土的SiO₂/Al₂O₃值越大; 而<50 mm各粒级的含量之和占全岩的98%以上. 在黄土层中, SiO₂/Al₂O₃与全岩粒度变化有较好的可对比性, 而在古土壤中SiO₂/Al₂O₃值反映出一系列全岩粒度无法揭示的信息.     

末次冰期以来雷州半岛北部C3/C4植物相对丰度变化及其驱动因素

末次冰期以来陆地植被中C₃/C₄植物相对丰度变化及其驱动因素是当前古生态古气候研究中的重要内容.本文利用雷州半岛北部下录和屋山两处泥炭沉积有机碳同位素组成(δ¹³C_org)重建了该区域末次冰期以来C₃/C₄植物相对丰度演化历史,并探讨了其可能的驱动因素.结果表明,在MIS-3阶段初期,屋山地区的植被以C₃和C₄混合植被为主,在此后的MIS-3阶段绝大部分时期,下录和屋山地区的植被主要为C₃植被,在个别时段C₄植物也曾一度有所扩张;在MIS-2阶段,下录地区C₃植物含量显著降低,区域植被以C₄植物为主;在全新世初期,下录地区的C₃植物含量呈现出增加趋势,气候环境变得有利于C₃植物生长.对比研究表明,由于在末次冰期乃至冰期最盛期阶段,雷州半岛地区的气温下降幅度可能仅在5~8℃左右,温度足以满足C₃/C₄植物的生长需要,从而使得受东亚夏季风强度直接影响的降水增多或减少成为控制本区域C₃/C₄植物相对丰度变化的主导因素.此外,大气CO₂浓度可能对该地区C₃/C₄植物相对丰度变化也具有一定的影响.     

三峡水库成库后水体中CODMn、BOD5空间变化

根据2004年2、5、8月,三峡水库成库后6个水平断面、4个垂直断面采样分析,对水体水质参数、DO以及CODMn和BOD5的水平分布和垂直分布进行了研究.研究结果表明,成库后BOD5达到国家地表水Ⅰ类标准,CODMn不同季节变化较大,水质范围在Ⅱ-Ⅳ类标准.BOD5、CODMn变化范围分别在0.1-1.3 mg/L,1.8-6.3 mg/L,受三峡水库成库的影响,水平分布上,DO、CODMn、BODs在成库区域低于上游区;CODMn含量丰水期＞平水期＞枯水期;BODs浓度降低主要与污染物停留时间变长有关,CODMn主要是与泥沙沉积有关.垂直分布上,污染物3个层次变化不显著,未出现分层现象.枯水期、平水期、丰水期颗粒态含量占总CODMn范围分别为5.5%-27.3%,9.1%-28.8%,48.6%-78.3%.三峡水库对CODMn、BOD5有净化作用,枯水期成库区域通量CODMn、BODs比上游区降低44%、76%,平水期降低13.5%,32%,丰水期降低31.8%、19.1%.各采样站点有机物通量和流量有显著的相关性.大宁河库湾受浮游藻类生长的影响,DO饱和率高于干流库区.     

Evaluation of CO2 solubility-trapping and mineral-trapping in microbial-mediated CO2–brine–sandstone interaction

Evaluation of CO₂ solubility-trapping and mineral-trapping by microbial-mediated process was investigated by lab experiments in this study. The results verified that microbes could adapt and keep relatively high activity under extreme subsurface environment (pH < 5, temperature > 50 °C, salinity > 1.0 mol/L). When microbes mediated in the CO₂–brine–sandstone interaction, the CO₂ solubility-trapping was enhanced. The more biomass of microbe added, the more amount of CO₂ dissolved and trapped into the water. Consequently, the corrosion of feldspars and clay minerals such as chlorite was improved in relative short-term CO₂–brine–sandstone interaction, providing a favorable condition for CO₂ mineral-trapping. Through SEM images and EDS analyses, secondary minerals such as transition-state calcite and crystal siderite were observed, further indicating that the microbes played a positive role in CO₂ mineral trapping. As such, bioaugmentation of indigenous microbes would be a promising technology to enhance the CO₂ capture and storage in such deep saline aquifer like Erdos, China.     

三峡水库澎溪河消落区土-气界面CO2和CH4通量初探

水库近岸湿地(消落区)温室气体(CO₂、CH₄)产汇是水库温室气体效应问题的重要组成部分.本文以三峡水库支流澎溪河的白家溪、养鹿两处大面积消落区为研究对象,于2010年6 9月水库低水位运行期间,对近岸消落区土-气界面CO₂、CH₄通量进行监测.白家溪消落区土-气界面CO₂通量均值为12.38±2.42 mmol/(m²·h);CH₄通量均值为0.0112±0.0064 mmol/(m²·h).养鹿消落区CO₂、CH₄通量均值分别为10.54±5.17、0.14±0.16 mmol/(m²·h).总体上,6 9月土-气界面CO₂通量呈增加趋势,而CH₄通量水平呈现显著的递减趋势.消落区土地出露后植被恢复,在一定程度上促进了土壤有机质含量的增加,使得6 9月CO₂释放通量的总体趋势有所增加.消落区退耕后,其甲烷氧化菌的活性得到恢复,加之在土地出露曝晒过程中土壤透气性增强,使得消落区土壤对大气中CH₄吸收氧化潜势增强.尽管如此,仍需进一步的研究以明晰消落区土-气界面CO₂、CH₄产汇的主要影响因素.     

Summit CO2 emission rates by the CO2/SO2 ratio method at Kīlauea Volcano,Hawaiʻi,during a period of sustained inflation

The emission rate of carbon dioxide escaping from the summit of Kīlauea Volcano, Hawai?i, proved highly variable, averaging 4900 ± 2000 metric tons per day (t/d) in June–July 2003 during a period of summit inflation. These results were obtained by combining over 90 measurements of COSPEC-derived SO₂ emission rates with synchronous CO₂/SO₂ ratios of the volcanic gas plume along the summit COSPEC traverse. The results are lower than the CO₂ emission rate of 8500 ± 300 t/d measured by the same method in 1995–1999 during a period of long-term summit deflation [Gerlach, T.M., McGee, K.A., Elias, T., Sutton, A.J. and Doukas, M.P., 2002. Carbon dioxide emission rate of Kīlauea Volcano: Implications for primary magma and the summit reservoir. Journal of Geophysical Research-Solid Earth, 107(B9): art. no.-2189.]. Analysis of the data indicates that the emission rates of the present study likely reflect changes in the magma supply rate and residence time in the summit reservoir. It is also likely that emission rates during the inflation period were heavily influenced by SO₂ pulses emitted adjacent to the COSPEC traverse, which biased CO₂/SO₂ ratios towards low values that may be unrepresentative of the global summit gas plume. We conclude that the SO₂ pulses are consequences of summit re-inflation under way since 2003 and that CO₂ emission rates remain comparable to, but more variable than, those measured prior to re-inflation.     

三峡水库澎溪河水-气界面CO2、CH4扩散通量昼夜动态初探

三峡水库温室气体效应近年来备受关注.为揭示三峡水库典型支流澎溪河水-气界面CO₂和CH₄通量的昼夜动态规律,明晰短时间尺度下该水域温室气体释放的影响因素,在2010年6月至2011年5月的一个完整水文周年内,选择4个具有代表性的时段(2010年8、11月和2011年2、5月)对澎溪河高阳平湖水域开展昼夜跟踪观测.结果表明:2010年8、11月和2011年2、5月4次采样的CO₂日总通量值分别为-8.34、73.94、28.13和-20.12 mmol/(m²·d),相应的CH₄日总通量值分别为2.22、0.11、0.32和7.16 mmol/(m²·d),不同时期昼夜变化明显.研究水域CO₂和CH₄通量过程不具同步性:CO₂昼夜通量变化可能更显著地受到水柱光合/呼吸过程的影响,但瞬时气象过程(水汽温差、瞬时风速等)在高水位时期亦可对CO₂通量产生显著影响;CH₄昼夜通量变化与水温条件改变更为密切.     

火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输特性研究

1.27μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一,该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷,反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度,以及研究火星空间物理,有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O₂(a¹Δ_g)气辉光化学反应模型的基础上,提出了O₂(a¹Δ_g)气辉体辐射率的计算方法,并建立了火星大气气辉辐射传输理论;通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比,验证了所建立的火星O₂(a¹Δ_g)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性;针对火星与地球大气的O₂(a¹Δ_g)气辉,在体辐射率、自...     

化学物质SF6和H2O释放扰动电离层比较研究

基于包含扩散方程和离子化学反应方程.的化学物质释放二维动力学模型,利用有限元方法进行了数值模拟,并比较了两类性质不同的气体(SF6和H2O)的扰动特性,结果表明:1)与H2O相比,SF6的扩散速度较慢,反应速率较快,对电离层影响的程度和区域更大更广,更能有效地造成电离层"空洞";2)10kg的H2O,SF6,H2和CO2分别在电离层高度释放,在10min内SF6对电离层临界频率的影响幅度最大,H2O,H2和CO2的影响依次减弱.     

龙门山地区的kappa（κ0）模型及汶川MS8.0地震的强地震动模拟

在地震动模拟中,高频衰减参数（κ₀）是一个重要的参数,它控制了傅里叶谱高频部分的衰减特性.本文利用汶川M_S8.0地震和芦山M_S7.0地震主余震的1671组强震动观测记录,计算了龙门山地区50个断层距小于150 km的强震动台站的κ₀,基于随机有限断层法模拟了汶川地震中这些台站的加速度时程、傅里叶振幅谱和反应谱,并与前人的研究进行比较.结果表明,合理计算的κ₀可以有效地改善加速度时程振幅和高频谱（>1 Hz）的模拟结果.另一方面,本文基于κ₀与地形高程的相关性,建立了龙门山地区的κ₀经验模型.分别采用该经验模型和κ₀= 0.04 s模拟了汶川地震的峰值加速度分布,并与观测记录进行比较.结果表明,采用本文提出的κ₀模型可以更好地重现汶川地震的峰值加速度分布,特别是在断层破裂方向的反方向区域和山区.综上,汶川地震中山区的峰值加速度明显大于盆地地区的现象,不仅与断层破裂产状有关,还与山区和盆地地区的κ₀之间显著的差异有关.