ENSO,火山活动与大气CO2的年际变化

利用大气CO2及其δ13C的观测数据分析了不同区域大气CO2的季节和年际变化特征,并结合δ13C的变化趋势判断大气CO2变化的主要影响因素是来自陆地还是海洋.结果表明:大气CO2的年际变化主要受ENSO引起的陆地植被初级生产量而不是海洋吸收变化的影响,且La Ni(n)a对大气CO2的影响大于El Ni(n)o.火山活...     

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。     

混合海气耦合模式中与ENSO相关的大气年际变化性

利用混合海气耦合模式45年模拟积分的结果,对模式大气的年际变化性进行了分析。结果表明,在这样的海气耦合系统中,大气分量表现出显著的年际变化,冬、夏季异常环流型的分布与观测资料的分析结果基本相符。因此,该模式不仅能较好地再现热带太平洋的ENSO变化性,而且能较好地再现ENSO引起的全球大气环流的年际变化性。     

夏季南亚高压年际变化及其与ENSO的关系

采用1948～2006年NCEP/NCAR月平均再分析资料, 探讨了夏季南亚高压年际变化及其与ENSO事件的关系, 结果表明: 在ENSO事件暖 (冷) 位相衰减期的夏季, 印度洋和亚洲大陆南侧海温为正 (负) 异常, 对应热带印度洋地区低层为上升 (下沉) 气流而其东侧西太平洋和西侧非洲西部为下沉 (上升) 气流的异常纬向环流, 低层850 hPa上从西太平洋到非洲赤道南北两侧依次各存在一异常反气旋－气旋－反气旋(气旋－反气旋－气旋)环流, 高层200 hPa异常流场的分布与850 hPa基本相反, 使得南亚高压强度发生显著变化, 强度增强 (减弱）、面积扩大 (缩小）、东西向扩展 (收缩）、 脊线北侧气压梯度增大 (减小）、南侧气压梯度减小 (增大)。     

ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化

利用热带太平洋海表温度和中国降水和气温站点观测资料,通过滑动相关分析,揭示了ENSO与中国夏季年际气候异常关系的年代际变化事实。结果表明:ENSO与中国夏季年际气候异常的关系既有稳定的方面,又存在年代际变化特征。稳定的关系表现在:处于发展阶段的ENSO事件往往造成华北夏季降水偏少;处于衰减阶段的ENSO事件则易引起长江流域及江南地区夏季降水偏多。而二者关系的年代际变化表现在:1970年代中后期,处于发展阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华南地区由偏少变为偏多,东北地区则由偏多变为偏少,而江淮地区偏多的现象不再明显,华北和东北夏季气温异常也由偏冷转变为偏暖,而华南则有偏冷趋势;处于衰减阶段的ENSO事件引起的夏季降水异常在华北地区由偏多变为偏少,江淮地区降水由偏少变为正常甚至偏多,华北夏季气温异常则由偏冷变为偏暖,长江流域和华南也有偏暖趋势。利用NCEP/NCAR再分析资料合成分析表明,在不同的年代际背景下ENSO引起的东亚中高纬度大气环流异常型发生了明显改变是ENSO和降水气温关系发生年代际变化的原因。     

热带印度洋海温的年际变化与ENSO

文中讨论了热带印度洋海表温度距平空间分布的年际变化与赤道中东太平洋海温的关系。EOF分析的结果表明 ,印度洋海温的变化主要存在全区符号一致的单极型和西部与东南部符号相反的偶极型 ,它们具有显著的年际变化。小波凝聚谱揭示了单极、偶极的变化与Nino3区海表温度距平存在密切关系 ,印度洋海温距平从偶极到单极的变化对应着ElNi no事件从发展到衰减的过程。平均而言 ,印度洋偶极超前Nino3区海温距平约 4个月 ,单极滞后约 6个月。整个热带印度洋 -太平洋地区海气耦合特征的演变表明 ,与ElNino从发展到衰减相联系的热带西太平洋海气耦合相互作用在印度洋海温距平从偶极到单极的演变过程中起着非常重要的作用。     

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.     

ENSO与中国东部地区夏季降水相关性年代际变化特征

利用国家气候中心提供的中国160站1951～2000年逐月降水资料,Hadley中心提供的1951～2000年逐月全球海表层温度资料,采用线性相关分析和滑动相关分析方法,探讨了ENSO与中国东部地区夏季降水的年际关系及二者年际关系的年代际变化特征。结果表明,夏季Nino3区海温与中国东部夏季降水年际关系同期相关显著,且二者的年际关系存在明显的年代际变化,年际相关型分3个阶段：,第1阶段(1972年前)为“东西型”,第2阶段(1973～1983年)为“南北型”,第3阶段(1984年后)也为“南北型”。     

GOALS模式对热带太平洋ENSO年际变化特征的模拟评估

文中重点分析了中国科学院大气物理研究所LASG最新发展的全球大气环流谱模式(R42L9)与一全球海洋环流模式(T63L30)耦合形成的全球海洋-大气-陆面气候系统模式(GOALS/LASG)新版本已积分30 a的模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了赤道太平洋海表温度(SST)的年际变化及其纬向传播、赤道东太平洋SST异常与其他洋面SST变化之间的遥相关关系、赤道太平洋浅表层海温的年际变化特征等研究内容.结果表明,COALS模式模拟出了赤道太平洋SST异常出现不规则的年际变化特点;赤道东太平洋SST异常的向西传播过程;赤道太平洋混合层海温变化由西向东、由深层向浅层的传播过程;同时也模拟出了赤道东太平洋SST变化与赤道西太平洋以及与西南太平洋海温之间的反相关关系,与南印度洋和副热带大西洋SST之间的正遥相关关系等实际观测现象.但COALS模式也存在明显的不足,如对赤道东、中太平洋SST异常的年际变化幅度明显偏小,没能模拟出赤道东太平洋的SST变化比赤道中太平洋强的特点;赤道太平洋SST从东向西的传播速度明显比实际观测慢得多,但混合层海温极值变化由西向东的传播速度明显比实际情况快得多;没能模拟出赤道东太平洋SST变化同西北太平洋SST的负相关和北印度洋海温变化的正相关现象,因此也影响了对南亚、东南亚降水年际变化的模拟能力.     

ENSO与北半球冬季大气环流异常年代际关系的数值模拟

利用NCAR/CCM3大气环流模式,模拟不同海温背景场强迫下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的响应。结果表明,模式能够模拟出不同海温背景场下,北半球冬季大气环流对ENSO事件的不同响应,模拟结果与诊断结果基本一致。在20世纪70年代末之后的平均海温背景场强迫下,El Nio对阿留申低压的加强作用比70年代末之前更明显,而ENSO暖位相对蒙古高压的作用则由70年代末之前的轻微减弱变为明显加强。虽然70年代末以后ENSO事件的强度比70年代末之前有所增大,但ENSO对东亚大槽和东亚冬季风的减弱作用反而不再那么明显;同时在高空风场中,由ENSO激发出的PNA型异常环流在70年代末以后明显加强。     

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C...     

Foliage temperature increases in water hyacinth caused by atmospheric CO2 enrichment

Summary Atmospheric CO₂ enrichment tends to induce partial stomatal closure in most higher plants. This phenomenon reduces per-unit-leaf-area plant transpirational water loss rates, which in turn leads to higher plant temperatures. Working in the field with water hyacinths maintained in open-top, clear-plastic wall, CO₂ -enrichment chambers at Phoenix, Arizona, we have quantified this relationship for a plant species which has been shown previously to react like most land plants in this regard. Our results indicate that in some parts of the world this non-greenhouse mechanism for surface temperature change may play an important role in determining future climate. Under sunlit and well-watered conditions conducive to active growth, for instance, we found water hyacinth foliage temperatures to increase by 2.7 K in response to a 300 to 600 ppm doubling of the atmospheric CO₂ concentration.

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Erhöhungen der Blattemperatur von Wasserhyazinthen durch atmosphärische CO₂-Anreicherung

Zusammenfassung Erhöhter CO₂ -Gehalt neigt dazu, teilweises Schließen der Spaltöffnungen höherer Pflanzen zu verursachen. Das reduziert den Wasserverlust durch Transpiration und führt zu höheren Pflanzentemperaturen. Bei Feldarbeiten an Wasserhyazinthen in oben offenen Klarplastikkammern mit CO₂ -Anreicherung bei Phoenix, Arizona wurde diese Beziehung für eine Pflanzenart quantifiziert, die sich in diesem Zusammenhang den meisten Landpflanzen als ähnlich erwiesen hat. Die Ergebnisse liegen nahe, daß dieser, vom Glashauseffekt unabhängige, Mechanismus der änderung der Oberflächemtemperatur in einigen Teilen der Welt eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung des zukünftigen Klimas spielen könnte. Es konnte z.B. unter für das Wachstum günstigen Strahlungs- und Wasserverhältnissen eine Erhöhung der Blattemperatur der Wasserhyazinthen um 2,7 K durch eine Verdoppelung der atmosphärischen CO₂ -Konzentration von 300 auf 600 ppm nachgewiesen werden.

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Contribution from th Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture.

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With 3 Figures     

山西省城市大气CO2本底筛分对比及特征分析

基于典型城市站太原站2018年3月—2019年2月的大气CO₂在线观测资料,利用筛分法(Meteorological filtering method, MET)和黑碳示踪法(Black Carbon tracer, BC)进行本底/非本底的筛分,得到了本底浓度的变化特征。结果表明,太原大气CO₂浓度季均值冬季最高,夏季最低;不同季节呈“单峰型”日变化特征,日振幅均在26.0×10^-6以上;4个季节CO₂浓度与地面风速存在显著负相关关系;CO₂浓度抬升区域主要受当地工业布局的影响,最大抬升幅度在秋季达17.4×10^-6;使用气象筛分法(MET)得到年均本底浓度为(431.4±19.9)×10^-6,人为排放等对其影响为23.5×10^-6,年振幅比同纬度其它本底站大,为34.5×10^-6;黑碳示踪法(BC)得到冬季季均本底浓度为(445.0±22.9)×10^-6,比MET筛...     

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。     

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.     

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。     

伴随IOD型和独立型ENSO对山东气候年际变化的影响

使用1951年以来66 a的观测和再分析资料,通过合成分析的方法对比分析了厄尔尼诺/拉尼娜（El Niño /La Niña）伴随正/负印度洋偶极子（positive/negative Indian Ocean Dipole,pIOD/nIOD）发生年或独立发生年山东夏、秋季气温和降水的年际变化特征,结果表明,伴随IOD型和独立型El Niño/La Niña对山东夏、秋季气温和降水的影响在强度、范围、正负位相、空间型态上存在很大的差异。在气温方面,El Niño在pIOD的调制作用下对山东南部地区夏季气温年际变化的影响加强;El Niño与pIOD伴随发生时,山东秋季气温较常年偏高,而独立发生时气温则偏低,呈反位相变化;La Niña与nIOD伴随发生年夏季鲁西北气温较常年偏低,La Niña独立发生年夏季半岛东部气温较常年偏高,气温异常呈反位相变化;nIOD对La Niña的调制促进作用有利于山东秋季气温较常年异常偏高;850 hPa气温异常与山东表面气温异常有很强的正相关关系。在降水方面,El Niño在pIOD的调制作用下容易引起山东北部地区夏季降水偏少,但会削弱其对山东中部地区秋季降水负异常的影响;La Niña在nIOD的调制作用下山东境内降水都较常年偏多,但降水异常地域分布非常不均,鲁西北降水较常年显著偏多;独立型La Niña更易引起鲁西北西部、鲁中、鲁南大部分地区夏季降水偏少。850 hPa环流异常配合温度场异常对山东夏、秋季降水异常分布有一定的影响。