膜基—气体吸收耦合分离混合气中CO2性能评价

在膜基—气体吸收耦合实验装置上,评价了疏水性PP(聚丙烯)微孔膜,活化MDEA(N-甲基二乙醇胺)溶液分离混合气中CO₂传质性能,研究了气液流速、吸收剂和混合气的浓度等因素对总传质系数的影响,采用阻力层关联方程模型预测总传质系数K_ov值。结果表明:活化MDEA溶液能提高总传质系数K_ov值,模型的计算值和实验值符合较好。     

钢铁工业CO2的排放现状及主要的捕集方法

简要讨论了目前CO₂等温室气体的危害、钢铁工业CO₂的排放现状及来源,并针对我国钢铁行业的发展状况,分析了温室气体CO₂的捕集方法.     

海洋对人为CO2吸收的三维模式研究

文中用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了海洋对大气CO₂的吸收,并分析了碳吸收的纬度分布。模拟工业革命以来海洋对大气CO₂的吸收表明:海洋碳吸收再加上大气CO₂的增加只占由化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用的变化而释放到大气中的CO₂的2/3。1980～1989年期间海洋年平均吸收2.05GtC。海洋人为CO₂的吸收有明显的纬度特征。模式计算的海洋CO₂的吸收在总量与纬度分布上与观测结果比较相符。     

H2O/CO2污染对煤油燃料超声速燃烧影响数值研究

在纯净空气与H₂O/ CO₂污染空气来流对比试验结果基础上,采用数值计算方法和化学动力学方法,研究了H₂O和CO₂污染组分对煤油燃料超声速燃烧的影响,获得了试验手段难以得到的燃烧室流场参数和性能数据。完成了相应的煤油燃料超声速燃烧室二维数值计算,其中匹配了进口总温、总压、马赫数、氧气摩尔分数和工作当量油气比。将数值计算结果与相应试验测量值进行了对比分析,并结合燃烧室流场数据、性能参数分析了H₂O和CO₂污染的动力学影响、以及对燃烧室性能的影响。研究表明:(1)数值计算结果与实验测量值总体上吻合,两种手段均体现了纯净空气来流时不同煤油当量油气比的燃烧室性能,并反映了一致的“污染效应”影响趋势;(2) H₂O污染、H₂O+ CO₂污染的存在降低了煤油燃料超声速燃烧室性能,体现在燃烧诱导压升、燃烧效率、流向冲量增量的下降,而且随着污染组分含量的增加,燃烧室性能下降越加显著。      

CO2浓度渐增对气温影响的敏感性试验

使用辐射对流模式,研究了中纬度冬季气温对于CO₂浓度变化的敏感性。结果表明:气温变幅随CO₂浓度渐增呈现先快后慢的非线性特征;气温变幅具有一定的稳定性。     

基于WRF模式的京津冀地区地表大气CO2浓度的模拟研究

在“双碳”目标背景下，从国家层面到地方层面，区域、城市、行业企业都在制定和实施双碳目标行动计划。CO₂模拟因其客观性和高时空分辨率等优势，在城市碳排放研究中深受重视。本研究以京津冀地区为研究区域，采用Picarro仪器高精度观测的2019—2020年CO₂数据，利用WRF模式进行CO₂传输模拟，分析了CO₂浓度变化的季节特征，评估了模式在城区中心、城郊及背景3个观测站点的模拟效果，并对边界层高度及化石燃料碳排放等可能影响CO₂浓度的因素进行了研究。3个观测站点分别为北京中国科学院大气物理研究所325 m气象塔观测站（北京站）、河北香河观测站（香河站）和上甸子区域本底观测站（上甸子站）。模拟结果表明：上甸子站优于香河站，香河站优于北京站，在冬季尤其明显；CO₂浓度的高值区主要分布在城区、电厂和工业区，尤其是唐山、石家庄和邯郸地区，大量交通、工业排放导致CO₂浓度明显上升，且高值区的范围在冬季最大；就日平均变化和日变化而言，边界层高度与CO₂浓度存在相反变化趋势；3个站点的化石燃料碳排放（FFECO2）与近地面总CO₂浓度存在正相关关系，冬春季的相关性高于夏秋季，且FFECO2的占比从大到小依次为北京站、香河站、上甸子站；CO₂传输模拟的不确定性存在空间差异和季节变化。     

锡林浩特草原CO2通量特征及其影响因素分析

利用锡林浩特国家气候观象台开路涡度相关系统、辐射土壤观测系统,测得的长期连续通量观测数据,对锡林浩特草原2009—2011年期间的CO₂通量观测特征进行了分析。结果表明:CO₂通量存在明显的年际、季节和日变化特征。3 a中NEE年际变率达到200 g·m^-2,季节变率最大达到460 g·m^-2,日变化幅度生长季最大达到0.25 mg·m^-2·s^-1。通过不同时间尺度碳通量与温度、水分、辐射等环境因子的分析,认为CO₂通量日变化主要受温度和光合有效辐射影响,而季节变化和年变化主要受降水和土壤含水量的影响。降水强度及时间分布是制约牧草CO₂吸收的关键因素,大于15%的土壤含水量有利于促进牧草生长。     

大气CO2浓度升高及气候变化对作物冠层光合影响的数值模拟

利用美国Licor-6200光合作用测定仪,对黄淮海地区代表性冬小麦品种鲁麦23号叶片光合作用速率进行了较为全面的测定,分别确定了冬小麦叶片光—光合作用响应曲线和CO₂—光合作用响应曲线,在此基础上,建立了叶片光合作用模式,并进而建立了一个具有瞬时时间尺度,空间积分为叶片尺度的冬小麦冠层模式,利用模式分别分析了大气中CO₂浓度升高和温度变化对冠层光合作用的不同影响,并在此基础上进一步进行了综合数值分析。单因子分析表明:晴天状况下,冠层光合速率随CO₂浓度升高而上升,当CO₂浓度由330×10^-6上升至660×10^-6时,冠层光合日总量可增加19.7%;冠层光合速率随辐射增加而增大,辐射量增加10.0%,冠层光合日总量可增加6.7%;冠层光合速率随温度升高而下降,温度升高1℃,冠层光合日总量减少2.9%。多因子综合数值分析表明:在辐射量较大的气候背景下,冠层光合日总量对温度和CO₂变化响应更加敏感。本文的实测数据为研究气候变化对中国农业影响提供了最基本的可靠模型参数,冠层光合模型为未来改进作物模型提供了理论基础。     

黑云杉林大气CO2稳定同位素组成δ13C,δ18O的分析

研究CO₂稳定同位素特征可以揭示光合、呼吸作用等众多信息,从而有助于了解生态系统与环境之间的碳循环过程。利用大气CO₂浓度及其稳定同位素的测定资料,分析稳定同位素比δ¹³C、δ¹⁸O,发现两者具有相似的时空分布特征。主要表现在δ¹³C和δ¹⁸O在冠层内具有明显的垂直变化趋势,冠层上部重同位素含量较高,而底部含量较低。从时间变化看,δ¹³C和δ¹⁸O在午后到日落具有较高的水平,而凌晨,δ¹³C和δ¹⁸O较低。运用Keeling图法分析δ¹³C、δ¹⁸O和CO2浓度的关系,发现δ¹³C值主要受光合和呼吸作用影响,与CO₂浓度的高低密切相关;而δ¹⁸O的变化比较复杂,因为δ¹⁸O除受光合、呼吸强度影响外,还取决于环境空气湿度。     

应用涡动相关法计算水热、CO2通量的国内外进展概况

目前涡动相关法被认为是国内外测定CO₂、水热通量的最可靠方法。国外应用此方法解决了均匀下垫面假设下森林和农田等生态系统的CO₂、水热通量的计算问题,目前致力于非理想下垫面(真实地形)的CO₂、水热通量的计算。而国内应用涡动相关技术起步较晚,用此方法测定水热通量已有一定的知识积累,但测定CO₂通量还处于资料收集阶段。我国自然生态系统、环境外交和社会经济可持续发展都要求精确查明我国CO₂的时空变化特征和动力学机制,这应是今后研究的重点,并提出了应用该方法存在的主要问题及可能的解决方法,指出值得深入研究的领域。     

NUMERICAL SIMULATION OF THE INFLUENCE OFO3,CO2 AND SPECTRUM VARIATION ON THE PHOTOSYNTHESIS OF CROP CANOPY*

Coupled the photosynthesis with transpiration and adjustment of stoma,a dynamic ecological model for simulating the canopy photosynthesis of winter wheat was established by scaling up from the biochemical scale to canopy scale,in which the effects of O₃,CO₂ and solar spectrum on crop photosynthesis were fully considered.Validation of the model against the data measured with CI-301PS portable photosynthesis analyzer showed that the leaf photosynthesis model passed the correlation significance test and had a fairly high accuracy.Numerical analysis showed that the canopy photosynthesis rate would be reduced by 29% if the O₃ concentration increases from 0 ppbv to 200 ppbv,whereas the canopy photosynthesis rate would increase by about 37% while the CO₂ concentration increases from 330 ppmv to 660 ppmv,and the canopy photosynthesis rate would be reduced by 27%0 or so under the condition that the spectrum coefficient changed from 0.5 to 0.4.If the O₃ concentration reached 200 ppbv at noon on the typical sunny day with higher radiation,the canopy photosynthesis will be reduced slightly in the suburb area where the pollution is serious and the photochemical fog is easy to be formed,contrast with that in the clear region and regardless of the climate change,due to the fact that the positive effect of CO₂ on crop photosynthesis can not compensate the negative effect of O₃ on crop photosynthesis.The canopy photosynthesis will be reduced by 35% or so than the BASE value at present,when the spectrum of photosynthetic active radiation(PAR) reduces to 0.4 or so.     

北半球近地层典型区CO_2体积分数时空分布及成因

利用GEOS-Chem全球三维大气化学传输模式,分析了北半球近地层CO2体积分数的时空变化特征及其成因。2006—2010年的5 a的模拟结果表明:北半球中纬度近地层CO2体积分数存在着两个高值中心,即亚洲东部和北美东北部。在季节尺度上,亚洲东部CO2体积分数最大值出现在春季,而北美东北区域CO2体积分数最大值出现在冬季;而两个地区的CO2体积分数最低值都出现在夏季。在年际尺度上,两个区域CO2体积分数的年际变率增幅明显高于北半球其它区域,且CO2体积分数高值出现时间的年际差异较大。另外,模拟分析发现北半球森林、农田、草原典型区域,所对应的CO2体积分数具有不同的季节变化特点,它们的CO2季节内变幅依次减小。进一步分析发现3种不同典型区域的CO2体积分数与叶面积指数(LAI)季节变化,具有很好的负相关性。可见陆地生态系统作为碳汇,对近地层CO2体积分数的季节变化具有重要的作用。而温度和降水是影响LAI的最重要的两个气象因子,它们与CO2体积分数季节变化存在内在联系,模拟结果表明北半球大部分陆地近地层CO2体积分数与温度、降水呈现显著的负相关。     

厌氧条件下土壤反硝化气体(N2、N2O、NO)和CO2排放——氦环境培养—气体同步直接测定法的应用初探

反硝化过程是维系闭合氮循环所必需的氮素形态转化环节。土壤反硝化过程速率及产物比的直接测定是研究氮循环过程机理的基础,但却是一个难题。为解决此难题,德国卡尔斯鲁厄技术研究所与中国科学院大气物理研究所最近合作新建了一套通过氦环境培养-气体同步直接测定土壤反硝化气体--氮气（N2）、氧化亚氮（N2O）、一氧化氮（NO）和二氧化碳（CO2）排放的系统和与之配套的三阶段培养方法。为检验该新建系统和配套方法测定土壤反硝化过程的准确性和可靠性,以华北地区广泛分布的盐碱地农田土壤（采自山西运城）为研究对象开展实验室培养试验,在初始可溶性有机碳（DOC）供应比较充足约300 mgC kg–1干土（d.s.）的条件下,测试了不同初始土壤硝态氮含量水平（10、100 mgN kg–1d.s.左右,分别表示为10N和100N）的反硝化气体和CO2排放过程。结果显示：100N的反硝化速率（定义为N2、N2O 和NO 排放速率之和）显著高于10N 处理（统计检验显著水平p＜0.01）;两个处理的反硝化产物均以N2为主（质量比分别占77%和75%）,产物的NO/N2O摩尔比分别为1.2和1.5,N2O/N2摩尔比均为0.19;土壤反硝化气体动态排放速率及相关指标的测定结果表明,培养土壤中消失的硝态氮被回收81%～87%,培养前后的氮平衡率达92%～95%。因此,该新建方法测定土壤反硝化速率和产物比的结果具有很好的可靠性,为定量研究土壤反硝化过程提供了有效的直接测定手段。研究中检测到的土壤反硝化产物NO/N2O摩尔比大于1,不同于以往用液体培养基纯培养反硝化细菌得出的NO/N2O摩尔比远小于1的结论。这意味着,不能用NO/N2O摩尔比小于1与否来推断土壤排放的N2O和NO是主要来源于反硝化作用还是硝化作用。     

江苏地区二氧化碳浓度时空分布特征分析

利用瓦里关和上甸子大气本底站观测的月平均CO₂浓度数据对GOSAT卫星反演的CO₂浓度数据进行验证,结果表明GOSAT产品与台站观测数据有较好的一致性.利用2009年6月—2011年5月GOSAT反演的CO₂浓度数据,分析了江苏地区CO₂浓度的时空变化特征,结果表明:1)975 hPa高度层CO₂浓度高于850 hPa高度层,CO₂浓度的水平变化要小于垂直变化;2)在季节变化上,CO₂浓度冬季最高,夏季最低,这可能与植被光合作用的强弱变化有关;比较前后两年的CO₂浓度数据,夏季和秋季的增速较快,冬季和春季的增速较慢;3)在日变化上,发现徐州和南京站02时CO₂浓度最高,14时CO₂浓度最低,这可能也与植被光合作用的强弱有关.     

OBSERVATION AND INVESTIGATION OF VARIABILITIES OF BASELINE CO2 CONCENTRATION OVER WALIGUAN MOUNTAIN IN QINGHAI PROVINCE OF CHINA*

In-situ measurement of atmospheric CO₂ was made at the top of the Waliguan Mountain(36°17'N,100°54'E,3816 m asl).where the air is not directly affected by the local anthropogenic and natural sources,by using a nondispersive infrared(NDIR)analyzer and following the procedures proposed by WMO.The CO₂ in the flask samples collected on the mountain was also analyzed in a laboratory.The measurements uncover the daily,monthly and seasonal variabilities and the baseline level of the CO₂ in the air over the "clean" area of Chinese hinterland.Results suggest that the CO₂ concentration over the East Asia continent has evident periodical variation,similar to that of global distribution.In 1992,an annual mean baseline CO₂ concentration of 356.4 ppm over the continent was obtained.The annual mean value was 357.2 ppm for 1993.Some relationships between the CO₂ concentration at Waliguan and the weather conditions,especially,wind speed and direction are found through the observation.     

东亚地区二氧化碳体积分数变化特征

利用2004年以来东亚地区10个本底观测站大气φ(CO₂)观测资料,分析了各站大气φ(CO₂)的变化特征及其各站之间的差异,讨论了下垫面特征、源汇作用等对φ(CO₂)变化的影响.结果表明:10个本底站大气月均φ(CO₂)有明显的季节变化,高值多出现在冬春等寒冷季节,而低值则多出现在6—9月,属于北半球的夏季;大气φ(CO₂)日变化趋势较为一致,15时(当地时间)前后达到全天最低,随后φ(CO₂)升高,并在日落后继续积累,至清晨7时(当地时间)前后达到全天最高,之后φ(CO₂)随着太阳辐射的增强而逐渐降低,且平均φ(CO₂)水平与下垫面植被量成反比,φ(CO₂)日变化的幅度与下垫面植被量成反比.作为全球基准站之一的瓦里关山站,2004—2008年φ(CO₂)年均值逐年增加,年增长率为2.28×10^-6/a.     

A SIMULATION OF CO2 UPTAKE IN A THREE DIMENSIONAL OCEAN CARBON CYCLE MODEL*

A three-dimensional ocean carbon cycle model which is a general circulation model coupled with simple biogeochemical processes is used to simulate CO₂ uptake by the ocean.The OGCM used is a modified version of the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory modular ocean model(MOM2).The ocean chemistry and a simple ocean biota model are included.Principal variablesare total CO₂,alkalinity and phosphate.The vertical profile of POC flux observed by sediment traps is adopted,the rain ratio,a ratio of production rate of calcite against that of POC,and the bio-production efficiency should be 0.06 and 2 per year,separately.The uptake of anthropogenic CO₂ by the ocean is studied.Calculated oceanic uptake of anthropogenic CO₂ during the 1980s is 2.05×10¹⁵g(Pg)per year.The regional distributions of global oceanic CO₂ are discussed.     

TiO2纳米晶多孔微球的制备方法及形成机理

TiO₂纳米晶多孔微球具有颗粒大、晶粒尺寸小及比表面积较高等优点.以明胶作为模板,以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂纳米晶多孔微球,并采用透射电镜、X射线衍射仪对其性能进行了表征.实验结果表明:采用溶胶-凝胶法成功制备了纯锐钛矿型TiO₂;明胶的加入对样品的物相组成没有影响,但改变了其晶粒尺寸和排布方式,得到了一种由纳米晶组成的多孔微球;微球直径约为200~500 nm,其中孔隙约为2~5 nm,平均晶粒尺寸为(14.3±0.9)nm.在此基础上对TiO₂纳米晶多孔微球的形成机理进行了分析.