基于CERN的中国大气降水同位素观测网络

大气降水是水循环的输入项,也是指示气候变化的关键因子.稳定同位素18O、D和放射性同位素T作为水分子的组成要素,是描述水循环演化历史信息的理想天然示踪剂.对降水中氢氧同位素进行系统的观测将有助于明确全球及各局地水循环机制及大气环流模式.首先回顾与评述了全球大气降水同位素网络(GNIP)的发展历程及研究现状,同时,指出中国大气降水同位素观测与研究的不足之处,在此基础上,提出以中国生态系统研究网络(CERN)为基础,建立中国大气降水同位素观测网络(CHNIP),并对该网络的主要内容、特点及初步成果等进行了介绍.     

长白山阔叶红松林CO2通量季节和年际变化特征及控制机制

老龄林碳代谢的长期测定对于预测其在未来气候条件下的碳收支状态,减小陆地生态系统碳收支的不确定性十分重要．本研究使用连续两个生长季节(2003和2004年)的涡度相关CO₂净交换通量测定和常规气象资料分析平均林龄200年的长白山阔叶红松林生态系统(128°28′E, 42°24′N,中国吉林省)F_NEE及其主要成分F_GPP与R_e的季节和年际变化特征及环境和生物因子对其的影响．通量数据进行了平面坐标旋转,储存项和μ*修正．叶面积指数和温度分别控制着该生态系统F_GPP和R_e的季节动态和年际差别．水汽压亏缺和气温在更小尺度上调节生长季节的生态系统光合生产,根部水分条件显著影响生态系统冬季维持性的碳代谢过程．2003年1月至2004年12月该生态系统累计截获碳-449 g C·m^-2,其中2003和2004年分别为-278和-171 g C·m^-2．这两年F_GPP和R_e分别为-1332,-1294 g C·m^-2和1054,1124 g C·m^-2．这显示老龄森林可以成为强的碳汇．受环境因子调控,长白山阔叶红松林生态系统的碳代谢表现出显著的季节和年际差异．冬季该生态系统存在弱的光合作用,但总体上向大气释放CO₂．春秋季...     

亚热带人工林水分利用效率的季节变化及其环境因子的影响

中国科学院千烟洲红壤丘陵试验站地处亚热带季风气候区,其植被类型主要为人工针叶林.研究采用涡度相关技术观测结果计算了2003年和2004年的植被水分利用效率(WUE)季节变化.适逢2003年极端干旱,降雨量远远低于多年(1985～2002)平均水平,其中7月份降水量仅是多年平均值的2.8%,气温却高于平均水平3℃,而2004年的气象条件与多年平均水平接近,这为研究WUE的环境控制作用提供了天然的条件.经研究发现千烟洲试验站的降水多集中于春季,而夏季则存在明显的季节性干旱现象,从而导致了该区域特殊的植被WUE季节变化模式.WUE的季节变化与冠层蒸发散(Fw)和总初级生产力(GPP)的季节动态大致相反,在夏季达到最小值,而在冬季则达到最大值.在冬季GPP和Fw随气温和大气饱和水汽压差(VPD)的增加而增加,且GPP和Fw的增加速率比较接近;而在干旱的夏季,GPP和Fw却随气温和VPD的增加而降低,并且GPP随气温和VPD变化而降低的速率要远远大于Fw,这破坏了GPP和Fw的平衡关系,并进一步改变了WUE的保守性,最终导致夏季WUE的降低.夏季干旱期土壤水分的亏缺和高强度的辐射也都是造成该生态系统WUE降低的原因.在冬季该生态系统植被的光合和蒸腾作用主要受控于环境因素,而受植被本身气孔行为的控制作用相对较弱.在夏季植被的Fw主要受植被本身气孔行为的限制作用,而植被的GPP则受环境因素和植被本身气孔行为的双重限制.     

华北平原农田生态系统碳交换及其环境调控机制

在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田采用涡度相关法进行了连续两年的碳通量观测,研究农田生态系统碳通量的构成及其变化特征,并分析碳交换对主要环境因子的响应.结果显示夜间净碳交换量(NEE)与0～10 cm地温呈明显的指数关系,两年度(2002年11月～2003年10月和2003年11月～2004年10月)的Q10分别为2.94和2.40.通过模拟计算得到总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Rec).冬小麦、夏玉米GPP的光响应曲线均符合直角双曲线方程.玉米季平均最大光合速率(Amax)与表观初始光能利用率(α)大于麦季.冬小麦α值随LAI增加而增大.作物主要生长季农田NEE的日变化明显白天吸收、夜晚释放CO2.其他月份农田以碳排放为主,NEE的日变化不显著.农田NEE日较差4～5月和8～9月较大,其它月份较小.农田NEE,GPP和Rec呈明显的季节变化.2003年和2004年玉米田最大日平均碳吸收量分别为-10.20和-12.50 gC·m-2·d-1;麦田最大日平均碳吸收量分别为-8.19和-9.50 gC·m-2·d-1.麦田和玉米田的最大碳吸收量分别出现在4～5月和8月中旬,和GPP最大值出现时间一致.冬小麦和夏玉米主要生长季(3～5月和8～9月)的NEE由GPP支配.GPP主要受PAR和LAI影响.温度对GPP的影响在早春较为明显.7月Rec达到全年最大,Rec和GPP对NEE的贡献相当.其余月份NEE以Rec为主,温度成为NEE的主要控制因子.从生长季NEE总量看,两年度的麦季分别为-77.6和-152.2 gC·m-2·a-1,玉米季分别为-120.1和-165.6 gC·m-2·a-1,玉米季均大于麦季.两年度冬小麦/夏玉米轮作田的年均NEE分别为-197.6和-317.9 gC·m-2·a-1,表明华北平原农田是大气CO2的汇.若考虑收获籽粒的碳,则农田由碳汇变为碳源两年度分别为340.5和107.5 gC·m-2·a-1.受温度、降水等气候因子及施肥、耕作等农田管理措施影响,农田碳交换的年际变化很大.实行免耕和一年一熟制是减少土壤碳排放、增加作物碳吸收的有效途径.     

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的主要进展及发展展望

基于微气象学理论的涡度相关通量观测技术实现了对生态系统尺度的生产力、能量平衡和温室气体交换等功能和过程的直接测定,特别是全球尺度通量塔观测网络的联合观测是实现从生态现象观察和生态要素观测跨越到全球尺度生态系统功能状态变化观测的重大突破。本文回顾了中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的创建及发展历程,系统介绍了ChinaFLUX的科学目标和设计理念、观测技术体系、观测数据的标准化处理及长期积累;综合评述了ChinaFLUX在陆地生态系统碳—氮—水的收支评估和交换过程的环境响应、碳通量时空格局及其形成机制等方面所取得的主要研究进展。最后,在探讨未来全球尺度通量塔观测网络发展趋势的基础上,提出了ChinaFLUX的主要发展方向、关键科学问题与未来工作重点,为中国通量观测研究事业的进一步发展提供理论参考。     

鲁西北平原玉米地涡度相关臭氧通量日变化特征

近地面高浓度臭氧(O3)对植物生长发育和光合作用等都有副作用.基于O3通量(特别是植物气孔吸收)的评价指标被认为比基于O3浓度的指标能更好地反应O3对生态系统的影响.本文报道了利用涡度相关技术进行农田生态系统(玉米地)O3通量的观测结果,初步分析了该地区夏玉米地上O3浓度、沉积速度(Vd)和臭氧通量(Fo)的日变化规律及其与生态环境条件的关系.结果表明:(1)观测期间(2011年8月9日至9月28日),30 min平均O3浓度存在明显的日变化规律,其最低值(16.5 nL L-1)和最高值(60.1 nL L-1)的出现时间分别为6:30和16:00左右.白天(6:00～18:00)和夜间(18:00～6:00,下同)的O3浓度分别为(39.8±23.1)和(20.7±14.1)nL L-1(平均值±标准差),瞬时O3浓度最大值为97.5 nL L-1.O3浓度受太阳辐射和温度影响比较明显.(2)无论白天还是夜间,近地层O3都是向下运动的.Vd日变化规律表现为夜间小而平稳、上午快速上升、中午前后大而平稳以及下午快速下降的过程.白天和夜间的Vd平均值分别为0.29和0.09 cm s-1,最大值为0.81 cm s-1.白天Vd的大小受作物生长期的影响,而Vd的日变化受太阳辐射和相对湿度的影响最为明显.(3)O3通量的日变化受O3浓度和Vd的共同影响,白天和夜间的平均O3通量(Fo)分别为-317.7和-70.2 ng m-2 s-1.Fo与CO2通量(Fc)和潜热通量(LE)的相关关系比较显著,通过比较白天和晚上Vd的差别,可以判断白天的气孔吸收是玉米地上大气O3主要的汇.     

浅谈断裂构造岩的特征

断裂构造岩作为断裂运动的产物,不仅可以反映出断裂运动的性质,同时也会随应力——应变环境的不同而表现出不同的特征。     

淮河流域典型地面水热通量的观测分析

根据1998年淮河流域能量和水循环试验加密观测(HUBEX-IOP)获得的资料,用三种微气象方法计算该地区的感热通量和潜热通量状况,比较了不同方法所估算结果的异同,并以梯度法的资料为主分析了其变化特征.结果表明:(1)梯度法估算的潜热通量与用波文比-能量平衡方法的估算值比较接近,与涡度相关方法估算的值之间有一定的差异.(2)感热通量和波文比在梅雨(6月28日～7月4日)前较大,在后期较小.大部分辐射能用于地面蒸发.     

遥感反演土壤蒸发/植被蒸腾二层模型在华北地区的应用

利用一种可操作的地表蒸散遥感反演二层模型,以我国华北平原为研究区,选择2004年的3月至6月华北地区主要农作物冬小麦的生长季节作为研究时段,利用MODIS遥感卫星数据,结合地面130多个气象台站的空气温湿度实测数据,实现了土壤蒸发和植被蒸腾的反演。采用国家生态网络禹城综合试验站利用涡度相关系统观测的地表总蒸散半小时平均的数据进行了模型验证,结果表明模型估算的地表可利用能量与地面实测数据的相关系数可以达到0.92,均方差为30.4w.m^-2;模型估算的地表总蒸散值与地面实测数据的相关系数为0.85,均方差为21.3 w.m^-2,由此证明了模型的可用性。     

反渗透条件下粘土膜效率系数的试验研究

针对反渗透系统在给定流速和渗入端定浓度条件下的膜效率系数求解问题,提出利用粘土中盐运移模型的解析解计算膜效率系数的方法。通过设计反渗透试验,测定拟稳定状态下相关参数,利用盐运移模型的解析解,求得粘土膜效率系数,由此进一步讨论流速测定值的误差和拟稳定时长变化对膜效率系数影响。研究表明,重塑粘土膜效率系数为0.9010~0.9064,粘土的膜性能好,但120 d后计算的渗出浓度达到0.0998 mol·L~(-1),接近于渗入浓度0.1 mol·L~(-1),说明粘土膜拦截盐的能力随时间下降。此外,在拟稳定状态下的敏感性分析表明,流速在偏离试验设定条件的±10%范围内,对膜效应系数的影响不超过±1.25%,拟稳定时长变化对膜效应系数的影响不超过0.71%,说明计算方法可靠性高。