淮河流域南部丘陵森林地区土壤-植被-大气相互作用:长期野外试验观测的初步分析

本文简要介绍了包括三部分观测的安徽淮南长期野外试验观测站,特别是土壤-植被-大气的集中观测,对小塔运行前三个月(2018年6月至8月)的数据,并结合同一时段大塔获得的数据,进行了初步分析.结果表明这些资料有合理的变化特征,日变化和夏季值特征显著,各月份间气象变化有明显差异.土壤水分和温度受降雨影响,在不同的下垫面条件下表现出不同的变化.土壤CO2日平均浓度在2 cm和10 cm处分别为1726和4481 ppm.2018年夏季土壤CO2浓度随土壤体积含水量的变化而变化,但与土壤温度呈弱相关.     

肖塘地区夏季土壤CO2浓度日变化特征及影响因素

利用塔克拉玛干沙漠北缘流动沙漠—古河床过渡带肖糖地区2012年6—8月土壤40 cm深处CO_2 浓度和相关气象要素资料,对该区域的土壤CO_2 浓度变化特征及影响因子进行了分析。结果表明:(1)肖塘地区夏季土壤40 cm深处CO_2 浓度的日变化过程中呈现出夜间低、白天高的单峰型,日最高值出现在18:00左右,最低值出现在6:30左右,浓度平均值保持在506.97~518.14 ppm之间;(2)随着土壤温度和土壤湿度的变大,土壤CO_2 浓度增大,两者呈显著正相关;(3)风速和土壤CO_2 浓度之间存在一定的滞后性;(4)大气压力对土壤CO_2 浓度变化产生显著影响,两者呈负相关。     

景德镇地区大气CO2浓度变化特征

利用景德镇温室气体监测站CO_2观测数据,分析了景德镇地区2017年12月—2018年11月大气CO_2浓度变化特征,同时对其浓度进行了筛分,以剔除污染数据,使其更具区域代表性。研究表明:景德镇地区大气CO_2浓度昼降夜升,早上最高,傍晚最低;春季最高,秋季最低;春、夏季NNE、NE、ENE风向,秋季NE、ENE风向以及冬季W、WSW、SW、SSW、S风向上CO_2浓度较高。同时,春、夏和秋季大气CO_2浓度大致随风速的增加而不断降低,冬季风速对大气CO_2浓度无明显影响。筛分后数据显示景德镇地区年均大气CO_2浓度为422.1×10~(-6),浓度日均值年振幅73.96×10~(-6),夏半年CO_2浓度低于冬半年。     

温带森林土壤溶液溶解性N2O和CO2含量特征及其影响机制

利用陶瓷头土壤溶液收集器采集2006年7月～2007年8月问长白山阔叶红松天然林不同深度(15cm和60 cm)土壤溶液,探讨应用气液萃取平衡-气相色谱法测定森林土壤溶液中溶解性气体N_2O和CO_2浓度的可行性,并利用此方法研究林地不同深度土壤溶液中两种气体含量特征及其影响机理.研究结果显示观测期内林地15 cm和60 cm深度土壤溶液中溶解性CO_2浓度的变化范围分别为5.26～10.71μg·mL~(-1)(C)和3.13～6.16 μg·mL~(-1)(C),溶解性N_2O浓度的变化范围分别为2.44～13.40 ng·mL~(-1)(N)和3.23～27.98 ng·mL~(-1)(N).阔叶红松天然林土壤溶液中溶解性CO_2和N_2O浓度均呈现出明显的季节性变化.春融后的降水促进了土壤溶液中溶解性N_2O产生,尤其在60 cm深度.与60 cm深度相比,林地15 cm深度溶液中溶解性CO_2浓度的季节性变化更明显,尤其在植物生长旺季.逐步回归分析显示,水溶性有机碳含量可以解释林地不同深度溶液中溶解性CO_2浓度变化的29%;水溶性有机氮含量可以解释林地60 cm深度溶解性N_2O浓度变化的34%.因此,水溶性有机碳和有机氮分别是长白山阔叶红松林土壤溶液溶解性CO_2和N_2O形成的重要因子.同时研究结果表明本文实验方法对于测定林地不同深度土壤溶液中溶解性N_2O和CO_2含量均有较好的适用性,连续三次萃取后所获得的气体浓度可有效反映溶液中的实际气体浓度.     

基于组网观测的那曲土壤湿度不同时间尺度的变化特征

利用第三次青藏高原大气科学试验的土壤湿度观测数据,分析了那曲多空间尺度组网观测的28个站2、5、10、20和30 cm 5个不同深度土壤湿度的季节变化和日变化特征,并对比讨论了土壤湿度站点间的差异。分析表明,各层土壤湿度均存在显著的季节变化。冬春季节,20 cm以上土壤湿度随深度变浅而减小。夏秋季节土壤湿度随深度增加而减小,并分别在7月上、中旬和9月出现两个峰值。10月以后进入土壤湿度衰减期。土壤温度和土壤湿度存在协同变化关系。在一定的温度范围内,土壤发生冻结-融化过程,引起土壤湿度变化。在太阳辐射加热下,土壤表层水分蒸发,进而影响土壤温度。不同观测站间土壤湿度差异较大,夏秋季离散性大于冬春季。不同季节土壤湿度的日变化存在差异。春季10 cm以上土壤湿度日变化明显,08-10时（北京时）达到最低,19-20时达到最高。夏季土壤湿度日变化较为平缓。秋季2 cm深度土壤湿度日变化明显。线性拟合结果表明,1、4、10月土壤湿度和土壤温度为正相关关系。但是在夏季,土壤湿度与土壤温度为负相关。站点间土壤湿度变化的离散性表明,多测站才能全面体现青藏高原某区域的陆面状态。文中结果为青藏高原地区土壤湿度卫星参数验证和数值模式参数化提供了多角度的观测依据。      

黄河源高寒湿地-大气间水热和碳交换通量日变化特征的观测分析

黄河源区高寒湿地-大气间的水分和热量及碳交换过程是影响青藏高原气候变化的主要因素之一。本文从2013年7月16日至10月19日期间黄河源区麻多湿地下垫面湍流通量涡动相关系统和气象站观测资料中,每月选取3~4天晴天条件下的观测数据,分析了黄河源麻多湿地-大气间感热通量、潜热通量和CO_2通量的日变化特征,并探讨了近地面能量平衡闭合度。结果表明:黄河源高寒湿地下垫面潜热通量和感热通量有日变化过程,日出后水分和热量交换通量逐渐增高,峰值均出现在12:00—16:00(北京时,下同)。在2013年夏季,黄河源湿地下垫面感热通量的最高值出现在9月15:30,达到了150.0 W·m~(-2),潜热通量的最高值出现在7月16:00,达到了300.0 W·m~(-2)。黄河源高寒湿地生态系统的能量消耗主要以潜热为主,近地面能量的闭合度较差,达到了48.8%。湿地净生态系统的CO_2交换通量日变化特征呈"U"型曲线,在整个植被生长季节的日变化过程中,日出后湿地系统吸收大气中的CO_2,净生态系统CO_2交换量NEE(Net Ecosystem Exchange)为负,中午达负极值,极值为-0.55 mg·m~(-2)·s~(-1),出现在7月21日12:30;夜间下垫面释放CO_2,NEE为正。进一步分析结果表明:CO_2交换通量的变化动态范围受空气温度、太阳辐射和植被冠层的影响明显。     

黄土高原典型塬区土壤热性质变化特征研究

利用2014年7月至2015年1月黄土高原地区土壤含水量和土壤热性质观测资料,分析了该区域土壤热性质及其变化特征,并讨论了降水对土壤热性质的影响,结果显示:(1)除10 cm外,各层土壤热扩散率整体上呈现夏季下降,秋季平稳,冬季上升三个阶段,土壤体积比热容和土壤导热率表现为夏季上升,秋季平稳,冬季下降的趋势;100 cm处的土壤热扩散率始终高于40 cm,土壤热扩散率不随土壤深度增加而线性增加。(2)5 cm与10 cm层的土壤热性质均有明显日变化特征,且振幅较大,40 cm与100 cm处的日变化振幅逐渐变小。由于10 cm层土壤含水量的波动最大,该层的土壤热性质变化波动也最大。(3)土壤温度与土壤热扩散率随降水增加而下降,土壤热扩散率下降主要是土壤含水量较高时,土壤导热率与土壤体积比热容变化的幅度不一致所致;土壤体积比热容与土壤导热率随降水量增加而上升,降水主要通过土壤含水量的变化影响土壤热性质。     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

华北地区香河站对流层NO_2的MAX-DOAS光谱仪观测及变化特征分析

利用中国科学院大气物理研究所香河大气探测综合试验站2010年3月至2012年2月(2年)的多轴差分吸收光谱仪(MAX-DOAS)观测数据和32 m高塔常规气象资料,反演了华北地区香河站对流层NO2柱浓度,分析了该区域NO2柱浓度的季节变化特征。研究表明:可见光455~485 nm、紫外330~370 nm都可以作为MAX-DOAS工作波段很好地反演NO2;香河地区NO2柱浓度夏季最低,几乎保持在2×1016 cm–2以下,春、秋季次之,在3×1016 cm–2上下小范围浮动,冬季最高,可达4.5×1016 cm–2;月平均最低值出现在7月,最高值出现在11月。NO2柱浓度与风速、风向密切相关:来自东边唐山方向的风,风速越大时NO2浓度越高,因为唐山是NO2的高值区之一;其它方向风速越大,浓度越低。春、夏两季NO2柱浓度日变化趋势比较平缓,秋、冬两季日变化明显,秋季正午偏高,冬季早晚偏高。     

西安市温室气体浓度变化规律研究

利用陕西省气象局长安大气科学实验基地(简称秦岭基地)2013年7月—2015年12月温室气体在线连续监测数据及同期气象观测数据,计算分析了两种温室气体(CO_2和CH_4)平均浓度日、月、季变化特征以及气象因素对温室气体浓度变化的影响。结果表明:(1)CO_2和CH_4平均浓度的日变化分布表现为下午低,早晨高的单峰型形态;月变化为明显的两头高中间低;(2)春、夏、秋三季大气中CO_2平均浓度日变化呈较为明显的单峰型,尤以夏季振幅最大,且全天浓度值为各季最小;而冬季CO_2全天浓度值整体高于其他三季。CH_4冬季日平均浓度最高值出现时间略滞后于其他三个季节,春夏两季变化趋势基本同步;(3)CO_2和CH_4采暖季及非采暖季的变化规律与各季节的变化规律极为相似;(4)CO_2和CH_4平均浓度随地面风速的增加而降低,冬季随地面风速的增加降低幅度最小,白天随风速下降的幅度大于夜间;气温越高,CO_2的降低幅度越大,而CH_4则随着气温的升高出现先增加后降低的趋势。     

2006-2008年贵南县春、秋季土壤水分变化分析

利用贵南县2006-2008年生态监测土壤水分资料,分析了该地区春、秋0-30cm土壤重量含水率的变化特征。结果显示:土壤水分年际变化明显,春季过马营、森多乡、塔秀乡三地土壤水分含量最高年份出现在2008年,最低年份过马营、森多乡出现在2007年,而塔秀乡则出现在2008年,最高年较最低年土壤含水量多分别为39.5%、48.1%、56.3%。秋季过马营、森多乡、塔秀乡三地最高年份较最低年份土壤含水量分别偏多21.2%、34.4%、37.3%。春季贵南过马营、森多乡、塔秀乡0-30cm各层土壤含水量以塔秀最大,森多乡次之,过马营最小,土层由浅至深土壤含水量逐渐增大,最深处为含水量最大值;而秋季土壤含水量则呈现出两头低,中间高的变化特点。贵南县春、秋0-30cm土壤含水量呈现为自西向东下降趋势。各地春、秋季0-30cm土壤重量含水率大小顺序依次是:塔秀-森多-过马营。     

若尔盖高寒湿地-大气间水热交换湍流通量的日变化特征分析

湿地近地面水热交换对陆面过程乃至天气气候变化有着显著影响,准确量化湿地与大气间的水热交换通量具有重要意义。本文利用中国科学院西北生态环境与资源研究院若尔盖花湖湿地陆面过程与气候变化观测场(下称花湖观测场)2017年3月至2018年3月涡动相关系统的观测数据,各季节选取3个典型晴天,分析了若尔盖湿地近地面的感热通量和潜热通量日变化特征,并与鄂陵湖和玛曲草原的观测值进行对比,同时计算了湿地下垫面的能量闭合率。结果表明:若尔盖高寒湿地-大气间的水热交换过程存在着明显的日变化特征。感热通量和潜热通量的日变化过程都为单峰型,在14:00(北京时,下同)-15:00达到最大值,感热通量最大值可达101. 7 W·m-2。潜热通量最大值可达412. 6 W·m-2。寒冷干燥季节的感热通量日平均值比温暖湿润季节大18. 0%;而温暖潮湿季节潜热通量日平均值比寒冷干燥季节高68. 7%。本文还将湿地水热交换过程与玛曲草原以及鄂陵湖湖面的观测数据进行了对比发现:夏季,若尔盖湿地近地面与鄂陵湖湖面向大气输送的感热和潜热总量相当,但湿地日变化幅度远大于湖面,通常为湖面的4～7倍。玛曲草原夏季感热通量日变幅约为若尔盖湿地的1. 5倍,而湿地夏季潜热通量总量约为草原的1. 2倍。在地表向上的通量中,能量不平衡所占的比例:春季27. 7%,夏季22. 7%,秋季15. 7%,冬季19. 4%。湿地全年主要以潜热的形式向大气输送能量,夏季潜热通量占有效能量的比例可达58. 0%。     

青藏高原东坡理塘地区近地层湍流通量与微气象特征研究

简要介绍青藏高原东坡理塘大气综合观测站长期观测试验,并利用2006年1、7月资料分别代表该站冬季和夏季,初步分析和比较该地区冬、夏季近地层微气象特征和湍流通最输送情况,得到了以下结论:(1)风、温、湿均表现出明显的日变化特征.冬季风速值平均大于夏季,风速极大值均出现在下午;冬季温度梯度早晚大,白天小,而夏季均较小;湿度梯度早晚大于白天.(2)中件条件下风速廓线对数关系表现为一条直线而非中件条件下略偏离对数关系,晚上均有逆温现象出现.在一定高度能观测到较弱的逆湿现象.(3)冬季以感热为主,潜热值较小,夏季以潜热为主,但感热也较大,且冬季通量值要远小于夏季;冬季动量通量平均大于夏季,二氧化碳通量远小于夏季;浅层(地面以下2和5 cm)土壤热通量也具有明显的日变化特征,白天从土壤吸收热量,夜间则放出热量.(4)地面热源强度具有显著的日变化特征:白天为强热源,夜间冷热源特征不明显.冬季和夏季全天平均表现为热源,但夏季强度远大于冬季,平均达到134 W/m2左右,冬季仪约35.3 W/m2.     

黄土高原降水对土壤含水量和导热率的影响

基于局地降水是引起黄土高原塬区土壤含水量变化的主要原因,利用黄土高原白庙塬区20052010年观测的土壤含水量和降水资料以及2012年夏季观测的土壤温度和含水量资料,分析了土壤含水量、导热率与降水的相关关系,重点分析了10.0,20.0和40.0 cm土壤含水量的蓄积以及20.0 cm土壤含水量与前期总有效降水的响应。结果表明:(1)不同深度土壤含水量的月变化比较一致,其中降水对5.0 cm土壤含水量的正强迫作用最为显著;(2)10.0 cm和40.0 cm土壤含水量年变化存在两个峰值,分别在3 5月和8 10月;(3)土壤含水量和前期总有效降水的拟合效果在夏季最好,二者在20.0 cm土壤层的相关系数达到0.84,高于其他观测层;(4)在试验前期,土壤含水量迅速增加使得土壤导热率明显升高。持续观测发现虽然土壤导热率会随着降水出现波动,但整体的相关性并不高,没有明显规律。     

内蒙古地区典型草原下垫面CO_2通量变化特征及影响因素

基于内蒙古典型草原腹地锡林浩特国家气候观象台2007—2016年CO_2通量逐30 min观测数据及同时段气温、降水等资料,利用WPL方法对CO_2通量资料进行修正的基础上,对典型草原牧草不同时期CO_2通量的变化特征及影响因素进行统计分析。结果表明:(1)内蒙古典型草原CO_2通量存在明显的年际、季节和日变化特征,且表现为碳汇特征,尤以牧草生长季最为明显;CO_2通量呈夜间弱排放、白天强吸收的"U"型日变化,其中09:00—10:00最大;全年及生长季CO_2通量以吸收为主,夏季吸收最大,春季和秋季次之,冬季最小,甚至表现为弱排放。(2)牧草不同生长期气候要素对CO_2通量影响不同,其中返青期热量因子与CO_2通量呈负相关,水分因子为正贡献;开花期和枯黄期正相反,热量因子对CO_2通量为正贡献,水分因子为负贡献,且开花期热量与水分因子对CO_2通量贡献最显著。(3)生长季牧草NDVI与CO_2通量表现为负相关,且7、8月二者的相关性极高。     

中国大气本底条件下不同地区地面臭氧特征

分析了晴天和阴天时瓦里关本底台、临安和龙凤山本底站地面 O3浓度的特点。晴天时 ,临安站地面 O3有明显日变化 ,以春季最大 (42 .9× 1 0 - 9) ,夏季最小 (2 0 .3× 1 0 - 9) ;龙凤山站日变化更规则 ,秋季最大 (约 2 7× 1 0 - 9) ;瓦里关本底台除了夏季有微弱日变化外 ,其它季节没有明显的日变化 ,日较差也很小 ,但夏季地面 O3浓度显著高於冬季 ;夏季晴天瓦里关地面O3浓度要比龙凤山、临安高 2 0× 1 0 - 9以上。阴天时 ,临安和龙凤山站除了日变化不很规则和日较差较小外 ,其它大致与晴天相同。阴天时瓦里关不仅没有日变化 ,而且日较差更小 ,但夏季地面 O3仍然高於冬季。太阳总辐射和 NOx 浓度是控制龙凤山和临安晴天和阴天地面O3浓度的决定性因子 ,它在不同季节和地区发挥着重要作用。夏季青藏高原周围地区气流向高原输送作用 ,是形成夏季瓦里关地面 O3高值以及微弱日变化的主要原因。在美国 MaunaLoa基准站也曾观测到类似的输送影响。O3在低对流层随垂直高度增加的分布特征 ,决定了东西部测点地面 O3的差异     

城市近地层湍流通量及CO2通量变化特征

利用北京325m气象塔47m高度上2006年全年连续观测获得的湍流资料,分析了北京城市近地层动量通量、感热通量、潜热通量和CO2通量的典型日变化、月平均日变化和季节变化特征。分析结果显示:动量通量具有明显的单波峰日变化特征,在15时(北京时间)左右达到最大,季节变化中春季最大,冬季次之,夏、秋季最小;感热通量和潜热通量全年变化范围分别为-92～389W.m-2和-75～376W.m-2,其日变化也表现为单波峰特征。感热通量的日变化受城市下垫面和人为热源影响,入夜后虽然降为负值,但只略小于0。阴雨天感热通量和潜热通量均很小,降雨前后有明显区别。感热和潜热最大值分别在春季3月和夏季6月,最小值都在冬季1月;城市下垫面CO2通量总表现为正值,即净排放,最大值为3.88mg.m-2.s-1,不稳定情况下最小值小于-2mg.m-2.s-1。受到人类活动的影响,CO2通量的日变化特征在工作日与周末有明显区别;由于冬季采暖,CO2通量明显大于夏季;在夜间,CO2通量受进城车辆的影响也出现高值。     

三套再分析资料的中国夏季降水日变化特征

利用台站观测降水,评估分析了三套再分析(NCEP,ERA40和JRA25)降水资料对中国夏季降水日变化的再现能力.结果表明,三套再分析资料呈现的中国夏季降水日变化特征较观测存在明显偏差.对比台站观测的白天(08-20,北京时)和夜间(20-08时)降水比例.再分析降水在大部分区域都表现为白天较夜间偏多,NCEP和ERA...     

GOSAT卫星二氧化碳遥感产品的验证与分析

本文利用全球地基二氧化碳柱浓度观测站点(Total Carbon Column Observing Network,TCCON)18个站点CO_2地基观测数据对GOSAT(Greenhouse gases Observing Satellite)2009—2017年的大气CO_2遥感反演产品进行验证分析,结果显示卫星CO_2遥感产品与地基遥感观测结果较为一致,在东亚、北美、欧洲和大洋洲四个区域内卫星遥感产品与地基观测的平均偏差分别为2. 23±2. 69、2. 19±2. 19、2. 01±2. 49、1. 59±1. 79 ppm,相关系数不低于0. 75。卫星在30°S～60°N范围内的产品精度较高,而在高纬地区产品精度稍低。本文进一步利用GOSAT L2 XCO_2遥感反演产品对全球大气CO_2的长时间序列变化进行了分析,结果表明2009—2017年全球大气CO_2浓度呈持续上升趋势,全球年平均增长率为2. 22 ppm·a~(-1),增长较快的国家和地区包括中国、美国、印度和非洲,受与厄尔尼诺有关的自然排放影响,2016年相对上一年的增长量最多,年均CO_2绝对增量在3 ppm以上。     

河北石家庄市近地层臭氧浓度特征及气象条件分析

利用2016年3月至2018年2月河北石家庄市环境监测站O_3及其前体物质量浓度逐时和逐日观测资料,以及气象站逐日气象观测数据,分析石家庄市近地层O_3质量浓度的时间变化特征及其与前体物NO_2、CO和气象条件的关系。结果表明:石家庄市O_3污染2017年比2016年严重,2017年比2016年O_3超标日数增加30 d,超标率上升8%,O_3年平均质量浓度上升17μg·m~(-3)。O_3质量浓度具有明显的季节变化特征,自夏季、春季、秋季、冬季依次降低,5—9月O_3质量浓度较高,平均值超过160μg·m~(-3),6月达到峰值208μg·m~(-3)。O_3质量浓度的日变化表现为单峰型分布,最低值出现在07:00左右,峰值在14:00—16:00。太阳辐射强、气温高、日照时数长、能见度好、无降水和相对湿度较低的条件下,石家庄市易出现O_3浓度超标天气。前体物NO_2、CO与O_3质量浓度之间夏季呈现显著正相关,而冬季则呈显著负相关。