大气CO2富集对根际NaCl盐渍的人参果植株干物质生产和水分利用的影响

对单株砂培盆栽的半木质化枝条扦插生根的一月龄人生果(Solanum muricatum Ait.)栽培品种"Xotus",每周浇两次200mL NaCl质量浓度分别为0mg·L^-1和25mg·L^-1的Hoagland营养液处理2个月,第二个月在控制空气CO₂体积分数为(350±10)×10^-6、(700±10)×10^-6和(1050±10)×10^-6的植物生长箱内试验。结果表明,人参果植株干物质生产量和耗水量受根际NaCl盐渍而下降,又随大气CO₂升高而增加。根际NaCl盐渍能增大植株叶片蒸腾系数、根/冠比和干物质向枝干和根部分配的比例及积累量,降低根系吸收水分的效率和耗水量。升高大气CO₂能促进叶片发育及干物质向地上部其他器官和地下部组织分配,增加总叶面积、比叶干重和各种器官中干物质增长量,提高干物质生产率和水分利用率。根际经25mg·L^-1NaCl盐渍处理的植株,总干物质增长量和水分利用率相应下降50%～54%和24%～37%;与350×10^-6CO₂的处理的植株相比,700×10^-6及1050×10^-6CO₂的处理分别使这两项指标提高到79%～106%和61%～88%以及133%～189%和99%～142%。大气CO₂富集能改善受NaCl盐渍的植株干物质生产力、提高水分利用率。根际NaCl盐渍和大气CO₂富集对人参果植株干物质生产和水分利用有生物互作效应。它们的共同作用会促进植株干物质的增长及叶片中合成的干物质向其他器官分配,提高干物质生产率和水分利用率,同时减少总叶面积、枝条和根系干重、根系吸水效率、植株耗水量和叶片蒸腾系数。因此,全球大气CO₂富集将有利于该作物的干物质生产和水分利用。     

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.     

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。     

2014—2019年北京和南京地区PM2.5和臭氧质量浓度相关性研究

自2014年以来,中国细颗粒物（PM_2.5）浓度大幅度下降,但臭氧（O₃）浓度逐年缓慢上升,厘清PM_2.5和O₃（P-O）相关性尤为关键.在本研究中,2014—2019年北京和南京PM_2.5年均质量浓度下降幅度分别为-6.86和-6.15 μg·m^-3·a^-1;而日最大8小时平均O₃质量浓度（MDA8 O₃）年均增长幅度为1.50和1.75 μg·m^-3·a^-1.研究期间,北京地区MDA8 O₃质量浓度小于100 μg·m^-3,P-O呈负相关;而当质量浓度大于100 μg·m^-3时,P-O为正相关.通过Pearson相关系数研究P-O两者相关性.在两个城市每月相关性分析中,在每日时间尺度5—9月为强的正相关;而小时时间尺度11月至次年2月趋于负相关.在北京,P-O每月和季节相关性变化大于南京.在日变化中,夏季在16时为强的正相关,春秋两季在13—17时为弱的正相关,而在春、秋和冬季8时,却为强的负相关.     

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。     

Apparent downward CO2 flux observed with open-path eddy covariance over a non-vegetated surface

Summary The open-path eddy covariance (EC) method often shows unlikely downward CO₂ fluxes in late winter and early spring over drained paddy fields with few active plants. To understand why, we carried out intensive measurements in a bare paddy field from 9 to 11 April 2003, simultaneously using open- and closed-path EC methods; aerodynamic and dynamic closed-chamber methods were also used. During this period, the open-path EC method showed downward daytime CO₂ fluxes ranging from 0 to −5.9 μmol m⁻² s⁻¹, even after application of the WPL correction (density correction) and ordinary quality control tests. Because the closed-path EC and aerodynamic methods showed upward CO₂ fluxes, the downward CO₂ fluxes observed with open-path EC appear not to represent true CO₂ transport. Diurnal variations in the downward daytime CO₂ fluxes appeared to be correlated with increases in solar radiation during the day, and also with increases in sensible heat flux in weak winds but not under strongly windy conditions. The daytime 10-Hz time series data of vertical wind and CO₂ mixing ratio demonstrated that updrafts were CO₂ depleted in the open-path system, whereas the same updrafts were CO₂ enriched in the closed-path system. Careful examination of the discrepancies between the open- and the closed-path EC measurements revealed that the amplitudes of the 10-Hz temperature signals from the sonic anemometer and the resultant sensible heat fluxes were too small to compensate for the discrepancies observed during the daytime. The open-path EC method with the conventional application of the WPL correction is not necessarily appropriate for measuring small magnitudes of CO₂ flux (≤5 μmol m⁻² s⁻¹) under such surface and atmospheric conditions that the magnitude of the WPL correction is as great as that of the uncorrected CO₂ flux itself. Author’s addresses: Keisuke Ono, 3-1-3 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki 305-8604, Japan; Akira Miyata, Tomoyasu Yamada, National Institute for Agro-Environmental Sciences, Tsukuba, Japan     

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。     

2007和2008年夏季北京奥运馆大气PM10与PM2.5质量浓度变化特征

为了监测北京奥运主场馆附近大气颗粒物的污染状况以及评估奥运污染源减排措施对北京大气颗粒物质量浓度变化的影响,利用颗粒物在线监测仪器TEOM于2007年和2008年夏季,在奥运主场馆附近的中国科学院遥感应用研究所办公楼楼顶对大气颗粒物PM₁₀和PM_2.5进行了连续同步观测。结果表明,2007年夏季监测点附近大气PM₁₀与PM_2.5质量浓度的平均值分别为153.9和71.2μg·m^-3,而2008年夏季PM₁₀与PM_2.5质量浓度的平均值分别为85.2和52.8μg·m^-3。与奥运前一年同时段相比,奥运时段大气PM₁₀和PM_2.5的质量浓度分别下降44.5%和25.1%。对比分析奥运前后的2次典型污染过程发现,空气相对湿度的增加和偏南气流输送的共同影响易造成大气颗粒物的累积增长,而降雨的湿清除作用和偏北气流则会使大气颗粒物浓度迅速降低。在相近的气象条件下,奥运前后的污染过程中,大气细粒子的日均增长速率分别为25.1和13.9μg·m^-3·d^-1,而大气粗粒子的日均增长速率分别为20.8和2.2μg·m^-3·d^-1,奥运时段污染累积过程中大气粗、细粒子的增长速率分别显著低于和略低于奥运前同时段污染过程中颗粒物的增长速率。污染源减排措施的实施是奥运期间大气颗粒物质量浓度降低的主要原因,从控制效果来看,奥运期间实施的污染源减排措施对大气粗粒子的控制效果明显好于大气细粒子。     

福建三明市春季PM2.5中有机碳、元素碳和水溶性离子特征分析

2014年3月13日至4月20日在福建三明市利用PM_2.5中流量采样器采集大气中PM_2.5膜样品,测定了PM_2.5的质量浓度,并用热/光碳分析仪和离子色谱分析了其组分变化特征.结果表明,三明市观测期间PM_2.5的平均质量浓度为73.61±0.73 μg/m³,有机碳(OC)和元素碳(EC)的平均质量浓度分别为7.26±1.00和5.63±0.27 μg/m³,水溶性离子中SO₄^2-、NH₄⁺、NO₃^-和Na⁺的质量浓度分别为18.08±12.19、4.18±3.56、2.77±1.16和2.73±0.23 μg/m³,总和占总水溶性离子的87.76%.结合后向轨迹分析了福建三明市的污染物来源特征.该地区OC/EC的平均比值小于2,SOC(二次有机碳)生成量很少,主要以一次有机污染物为主,OC、EC与K⁺的相关性分析表明OC、EC与K⁺的来源相近,可以判断OC、EC绝大部分来源是生物质燃烧产生的污染物.在水溶性离子分析中,观测期间NO₃^-/SO₄^2-为0.159±0.02,表明三明市主要以固定源为主,机动车辆等移动源贡献较少.     

金华地区夏秋大气中过氧乙酰硝酸酯的污染特征

过氧乙酰硝酸酯（PAN）是由VOCs和NO_x的光化学反应生成的一种典型二次污染物,比O₃更适合作为光化学污染的指示剂.2019年6—10月对浙江中部盆地金华市大气中PAN进行了在线监测,并对影响其体积分数变化的因素进行了分析,同时还分析了一次典型的光化学污染过程.结果表明,观测期间PAN的平均体积分数为0.656×10^-9,最高体积分数为4.348×10^-9,日均体积分数水平在0.130×10^-9~2.203×10^-9之间.PAN日变化特征显著,9月为明显的双峰变化,其他月份均为单峰.受气象条件的影响,夏季的污染程度显著低于秋季.9月27—30日典型污染时段内,PAN的小时均值是整个观测期均值的2.8倍,污染以本地积累为主.前体物浓度水平差异与去除机制的不同是影响PAN和O₃相关性的重要因素,此外NO/NO₂的比值是影响PAN生成速率的重要因素,PAN的峰值基本出现在NO/NO₂比值较低的时段.在生成PAN的VOCs物种中,丙烷、乙烷和间/对二甲苯所占比例较大.     

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.     

O3,CO2浓度及太阳光谱变化对作物光合作用影响的数值模拟研究

对光合作用 蒸腾作用 气孔调节进行耦合 ,从生物化学尺度扩展至冠层尺度 ,发展了一个冬小麦冠层光合作用生态动力模式 ,模式考虑了O3,CO2 和光谱变化对作物光合的综合影响。利用美国光合作用实测资料对模式进行验证 ,叶片模式通过了相关显著性检验并具有较高的准确度。数值分析表明 :当O3 浓度由 0× 10 -9V/V上升至2 0 0× 10 -9V/V时 ,冠层光合速率下降 2 9%左右 ;当CO2 浓度由 330× 10 -6V/V上升至 6 6 0× 10 -6V/V时 ,冠层光合速率增加大约 37% ;当光谱比例系数由目前的 0 .5下降至 0 .4时 ,冠层光合速率将下降 2 7%左右。对于污染严重、易发生光化学烟雾的城郊附近 ,在阳光强烈的典型晴天 ,中午O3 浓度达到 2 0 0× 10 -9V/V时 ,即使气候条件不发生改变 ,CO2 浓度对作物光合作用的正效应也不足以弥补O3 浓度升高所造成的负效应 ,冠层光合速率将比目前干洁地区略有下降 ,如果进一步考虑光合作用有效辐射光谱成分下降至 0 .4左右 ,冠层光合作用将比目前的BASE值下降 35 %左右。     

南京和长三角地区CO_2与CH_4人为排放清单估算的不确定性分析

目前温室气体清单的编制主要基于IPCC方法,该方法用于特定城市或区域清单编制时可能会引起较大的不确定性,而目前对城市/区域尺度清单的不确定性的分析还存在很大的欠缺。本文通过南京市和长三角温室气体排放因子甄选,应用IPCC方法计算了2009年南京市和长三角的人为温室气体排放量,并以其为个例利用蒙特卡洛方法开展城市和区域尺度的温室气体人为排放清单不确定性的初步探究。研究结果表明:南京市CH4和CO2排放量的95%的概率分布范围分别为(1.08~1.86)×105t和(6.50~7.41)×107t,不确定性分别为-21.74%~34.78%和-7.01%~5.87%;长三角CH4和CO2排放量的95%的概率分布范围分别为(4.07~5.89)×106t和(1.62~1.82)×109t,不确定性分别为-15.60%~22.24%和-6.04%~5.34%。     

Production of N2O,CH4, and CO2 from soils in the tropical savanna during the dry season

Emissions of N₂O, CH₄, and CO₂ from soils at two sites in the tropical savanna of central Venezuela were determined during the dry season in February 1987. Measured arithmetic mean fluxes of N₂O, CH₄, and CO₂ from undisturbed soil plots to the atmosphere were 2.5×10⁹, 4.3×10¹⁰, and 3.0×10¹³ molecules cm^-2 s^-1, respectively. These fluxes were not significantly affected by burning the grass layer. Emissions of N₂O increased fourfold after simulated rainfall, suggesting that production of N₂O in savanna soils during the rainy season may be an important source for atmospheric N₂O. The CH₄ flux measurements indicate that these savanna soils were not a sink, but a small source, for atmospheric methane. Fluxes of CO₂ from savanna soils increased ninefold two hours after simulated rainfall, and remained three times higher than normal after 16 hours. More research is needed to clarify the significance of savannas in the global cycles of N₂O, CH₄, CO₂, and other trace gases, especially during the rainy season.     

Analysis of Carbon Dioxide Variations in the Atmosphere of Srednja Bijambarska Cave,Bosnia and Herzegovina

The results of one year’s monitoring in Srednja Bijambarska Cave (Bosnia and Herzegovina) are presented and discussed. Temporal variations of the carbon dioxide (CO₂) concentration are controlled by the switching between two ventilation regimes driven by outside temperature changes. A regression model with a simple perfectly mixed volume applied to a cave sector (“Music hall”) resulted in an estimate of ventilation rates between 0.02 h⁻¹ and 0.54 h⁻¹. Carbon dioxide input per plan surface unit is estimated by the model at around 50 × 10⁻⁶ mh⁻¹ during the winter season and up to more than 1000 × 10⁻⁶ mh⁻¹ during the first temperature falls at the end of summer (0.62 μmoles m⁻² s⁻¹ and 12.40 μmoles m⁻² s⁻¹ for normal conditions respectively). These values have been found to be related to the cave ventilation rate and dependent on the availability of CO₂ in the surrounding environment. For airflow close to zero the values of CO₂ input per plan surface have a range in the order of magnitude of a few units × 10⁻⁶ mh⁻¹. Based on two experiments, the anthropogenic contribution from cave visitors has been calculated, at between 0.35 l_CO2 min⁻¹ person⁻¹ and 0.45 l_CO2min⁻¹person⁻¹.     

全球农作物对大气CO2及其倍增的吸收量估算

根据农作物产量资料（ＦＡＯ１９９２年），计算出中国和全球各种作物对ＣＯ２的吸收总量分别为５．５×１０８ｔ／ａＣ和２８．９×１０８ｔ／ａＣ。同时以不同ＣＯ２浓度下小麦、玉米、大豆等全生育期光合速率实验数据直接计算的Ｃ吸收量为对照，与相应的中国产量资料计算结果比较，两者相差２．６％。从而进一步依据作物对ＣＯ２倍增反应诊断实验结果，推算出大气ＣＯ２浓度比目前倍增（７００ｐｐｍ）条件下，中国和全球农作物吸收ＣＯ２总量将增长２１％－２６％，分别为６．６×１０８ｔ／ａ—６．９×１０８ｔ／ａ和３４．１×１０８ｔ／ａ—３６．２×１０８ｔ／ａＣ。研究还表明，单位面积作物年吸Ｃ量全球（３．２ｔ／（ｈｍ２·８））比中国（４．２ｔ／（ｈｍ２·ａ））低２５．４％，而且Ｃ４作物普遍高于同类Ｃ３作物。     

150年来大气甲烷浓度的长期变化

应用作者建立的全球二维大气化学模式 ,采用 2种CH4 排放源的长期增长方案 ,同时考虑了CH4 排放源以及对OH自由基浓度有重要影响的CO和NOx 排放源的长期变化 ,模拟了CH4 和OH从 1840～ 2 0 2 0年的长期变化趋势。考虑了世界人口增长的排放源方案可以更好地模拟CH4 的长期变化 ,模拟结果表明 ,工业革命前的大气CH4 浓度和年排放总量分别为 76 0× 10 -9(V/V)和 2 80× 10 9kg ,1991年大气CH4 的浓度和年排放总量分别为16 11.9× 10 -9(V/V)和 5 33 .9× 10 9kg ,对流层OH自由基数浓度从 1840年的 7.17× 10 5分子数 /cm3 下降到 1991年的 5 .79× 10 5分子数 /cm3,降低了 19%。工业革命以来大气CH4 的增长一方面是由于CH4 排放源的增长 ,另一方面是由于大气OH浓度的下降。