成熟森林生态系统土壤有机碳积累:实现碳中和目标的一条重要途径

为了应对全球气候变化带来的挑战,2020年9月中国提出努力争取在2060年前实现碳中和。对此,生态系统固碳被寄予厚望;然而,生态学理论认为,成熟生态系统的碳输入输出趋于平衡,没有碳的净积累,也就没有碳汇功能,而未成熟的生态系统虽有碳的净积累并具有碳汇功能,但自然界任何未成熟生态系统从它建立的时候开始都在不断地向成熟生态系统演替,即任一生态系统演替的最终结果必然是碳输入输出达到平衡状态。由于森林生态系统碳库是陆地生态系统中最大的碳库,所以人们对其在碳中和上的贡献充满期待。本文以森林生态系统为例,分别考虑森林生态系统碳库的生物量碳库和土壤有机碳库,并基于全球最新研究成果,论证了森林生态系统土壤碳库积累过程具有长久的固碳功能,且不违背成熟生态系统碳输入输出趋于平衡的生态学理论,它能为实现碳中和目标做出贡献。     

在华北玉米生育期观测的16 m高度CO2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料,分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化,并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感;浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律,峰值（谷值）出现在日出（日落）前后,通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点,且位相超前于浓度,开花期通量最大;玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳, 拔节至成熟前地面从大气净吸收碳;开花期碳吸收最强,其后依次为吐丝－乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响,结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差,应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明,玉米地在生长季表现为弱碳汇（大约660 kg/hm2）,但这一结果可能低估了实际的碳汇强度,低估程度有待研究。     

影响福建省惠安县台风气候特征及其不同路径的风雨影响

利用惠安县1956-2015年的地面观测数据和常规天气资料,分析影响惠安台风频数气候变化特征,分析正面登陆福建省不同登陆位置路径的台风对惠安县造成的风雨差异,结果表明:影响惠安台风频数多年平均为1.5个,有增多的变化趋势不明显,但有明显的阶段性特征,1990年以前为偏少期,1990年以后为偏多期。影响惠安台风频数存在着明显的4a、8a、16a周期变化特征。台风季节分布呈"单峰型"变化特征,6月台风开始增多,8月达到峰值。在各种不同路径登陆福建省台风中,以正面登陆厦门至诏安之间的台风对惠安县影响最大,风雨交加的机率最多。     

台风“珍珠”登陆期间动量通量的多尺度分析

利用台风"珍珠"登陆前后的近地层湍流观测资料,分析了该台风经过观测场地前后地面气象要素的变化及其动量通量特征。结果表明,台风"珍珠"经过观测场地前后的近地层气象要素发生了急剧的变化,并且在台风前部存在强的中尺度对流系统,反映在风速能谱密度结构上,频率f在3×10-4~2×10-3Hz之间的中尺度信号对能谱的贡献比平稳天气形势下的能谱贡献大很多,尤其是顺风方向风速的能谱密度的峰值与湍流信号的峰值相当;动量通量分析结果表明,台风中心经过观测场地的前后三小时,近地层通量以向下输送的中尺度通量为主,湍流通量的贡献相对于中尺度通量较小,也是向下输送的;而在其他时段,近地层通量主要以向上输送的湍流通量为主,中尺度通量量值很小,可以忽略。     

南海夏季风对台风“启德”极端降水影响的数值模拟

本文为研究台风"启德"极端降水的成因,模拟了南海夏季风减弱后台风"启德"的路径、强度、雨带位置、降水强度等。结果表明,夏季风削弱后,南海地区的西南季风受到抑制,台风强度减弱,台风范围内降水强度总体减弱,台风雨带偏南,因此南海夏季风强度减弱不利于极端降水的产生。降水模拟过程中发现,降水强度的减弱在整个模拟试验时间周期内,表现为非峰值强度减弱明显,而峰值强度不明显减弱。进一步分析了台风降水的逐小时演变特征和台风路径特征。结果表明,控制试验与敏感性试验模拟台风登陆在时间上存在时间差,与台风降水的逐小时变化峰值出现的时间差基本对应。这说明可能台风登陆过程的其他复杂因素导致夏季风减弱后台风登陆降水不表现出明显减弱。而非登陆过程,减弱夏季风对台风降水有减幅作用。     

采用外场观测试验资料对登陆台风"黄蜂"的风场及湍流特征的观测研究

热带气旋登陆时的破坏力和灾害经常非常严重.其强灾害的产生与热带气旋登陆时能量短时内的突然释放及台风中强烈的中尺度扰动特征有很大关系.常规观测站网及常规观测设备,无论时间和空间的分辨能力,都不能很好的反映这种特征,因而给台风灾害的准确预报带来困难.该文采用CLATEX(China Landfall Typhoon Experiment)登陆台风现场科学试验的观测资料,分析2002年强热带风暴"黄蜂"的风场、中尺度扰动场及动量通量特征;研究其登陆期间湍流动量通量变化特征.结果表明,使用首次在登陆台风外场观测试验中的风廓线仪观测资料,能较好的分析强热带风暴"黄蜂"的风场结构.有助于对登陆台风的风场和湍流动量通量时空分布及机理有进一步认识.     

登陆台风和陕西暴雨

本文主要研究登陆台风与陕西暴雨的关系,所用资料是中央气象局和上海台风研究所出版的内部资料《历史天气图》、《台风年鉴》及陕西省气象局的有关观测资料,资料年代为1969年——1986年.考虑到台风登陆后大多数较快衰减成为温带气旋(为叙述方便,以下称"登陆台风"),而在低层等压面图上则较容易定位,因此本文用与登陆台风相对应的700百帕低涡中心位置来表示登陆台风的位置.分析表明在辽宁登陆的台风一般与陕西暴雨没     

青藏高原那曲高寒草甸生态系统CO_2净交换及其影响因子

利用2008年中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站(下称那曲站)的观测资料,分析了青藏高原腹地的高寒草甸生态系统碳通量的日变化和季节变化特征及其影响因子。结果表明,那曲站年平均气温在0℃以下,90%降水主要集中在夏季;在生长季,生态系统白天碳吸收和夜间碳排放速率均达到最强,最大吸收速率和最大排放速率分别为5.3和1.7μmolCO_2·m~(-2)·s~(-1),与低海拔地区草地生态系统相比要偏小;高寒草甸生态系统碳汇作用较为明显,年吸收量为151.5 gCO_2·m~(-2)(即41.3gC·m~(-2));5-9月生态系统呼吸占总初级生产力的比重约为76%,这表明生态系统通过光合作用固定的碳,大部分通过呼吸作用消耗;在高寒草甸植物生长旺盛的月份,白天生态系统与大气间CO_2净交换(NEE)受光合有效辐射PAR的影响,表观光量子产率α为-0.0255±0.0105μmol CO_2·mol~(-1)photons。在生长季,尽管在昼夜温差相近时,NEE变化较大,但是随着昼夜温差的增大,NEE绝对值趋向增大,即昼夜温差越大越有利于生态系统吸收CO_2。生长季末期的降水事件促进了高寒草甸生态系统的碳排放,对生态系统的碳平衡有重要的影响。     

西南季风与登陆台风耦合的暴雨增幅诊断及其数值模拟

以登陆内陆后维持时间长、暴雨增幅的热带气旋＂碧利斯＂（0604）为研究对象,利用＂CMA-STI＂热带气旋最佳路径数据集、NCEP/NCAR再分析资料及地面加密观测资料,讨论了西南季风与登陆台风耦合的暴雨增幅,分析了台风涡旋周围的水汽收支特征,发现净西风、净南风输送为暴雨提供了充足的水汽,在＂碧利斯＂登陆大陆减弱西行的过程中,西南季风对登陆台风的维持和暴雨增幅有重要影响。利用WRF（weather research and forecasting）模式模拟＂碧利斯＂登陆后的降水表明,该模式能够较好地模拟降水强度和暴雨落区,模拟路径与台风实际路径走向大体一致,但存在一定偏差;季风涌爆发时,台风中心南侧降水出现明显增幅。敏感性试验结果表明,降水强度对水汽输送大小较敏感,水汽输送减弱致使降水强度明显减弱,可见西南季风的水汽输送对暴雨的影响至关重要。     

草地生态系统碳通量特征及其影响因子研究

该文以内蒙古科尔沁草原为研究对象,利用涡动相关系统观测的2011年生长季(5—9月)的碳通量以及同期常规气象观测数据,分析该生态系统的碳通量的日变化、季节变化及造成碳通量变化的原因,结果表明草地生态系统碳通量日变化呈单峰型;生长季碳通量具有明显的季节变化规律,基本呈"U"型;净辐射和气温是影响草地生态系统碳通量的主要气象因子。     

尤特台风登陆过程中眼区结构变化的分析研究

尤特台风在登陆珠江三角洲期间,借助珠江三角比较稠密的观测网对它在登陆过程中眼区及其附近结构的变化进行分析研究.综合使用时间分辨率为6 min的多普勒雷达CAPPI(Constant Altitude Plan Position Indicator)回波图、每小时CAPPI径向风、高时空分辨的静止气象卫星云图、SSM/I(Special Sensor Microwave/Imager)和常规观测等资料.雷达图上发现眼区及邻近地区多处存在着比较强的最长可达150 km左右的直线状回波,直线回波带上嵌有多个强的回波单体.经过分析研究,认为雷达图上的直线状回波现象,与台风内区涡旋结构的变异有关.考察静止卫星红外云图上螺旋云带的强烈弯曲和云带前端低TBB值的现象,以及分析探空资料计算出来的相对涡度分布,认为直线回波现象与台风内区非对称的涡旋结构演变有关,那些直线回波带的形成可能是与眼壁附近存在的涡度相对高值区的推进相联系的.最后作者就台风登陆过程中内区涡旋结构变异的问题作一些讨论,认为台风在登陆过程中相对比较容易发生结构变异,从而有可能导致在登陆过程中移速加快和出现强天气等现象.     

台湾岛地形对台风“海棠”(0505)移动路径影响的数值试验研究

利用非静力模式MM5模拟台风“海棠”（0505）穿过台湾岛再次登陆的移动路径，分析了“海棠”登陆台湾岛前后结构特征变化。结果表明：台风自身的非对称结构与台风异常移动路径密切相关。另外，就台湾岛地形对台风“海棠”登陆台湾前打转和在台湾海峡出现“V”型移动异常路径影响进行数值试验表明：台湾岛地形不但可以直接影响台风移动路径，而且通过影响台风非对称结构来改变台风移动路径，因此，登陆台湾前逆时针打转异常路径是在弱引导气流中台风自身非对称结构和台湾岛地形共同作用的结果；台湾岛地形有使台风东北-西南向非对称增大趋势，而在台风进入台湾海峡前后对东南。西北向非对称有明显不同影响。     

不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟

利用美国最新发展的新一代中尺度数值预报模式(WRF),研究了不同云降水方案对一次登陆台风的降水模拟问题,结果表明,在网格距适当小的情况下,同时采用积云对流参数化方案和云微物理方案(Kessler方案)时,其降水预报优于只使用积云对流参数化方案时的预报;在台风降水模拟的初期,Kain-Fritsch方案比Betts-Miller方案产生降水更快,更接近实况降水;在台风登陆后随时间的延长,对流降水重要性逐步下降,网格尺度降水逐渐增强。     

ALLOCATION DIFFERENCE ANALYSES OF WATER SUBSTANCES DURING TYPHOON LANDING PROCESSES

Based on a successful simulation of Typhoon Haikui (2012) using WRF (Weather Research & Forecasting) model with the WSM6 microphysics scheme, a high-resolution model output is presented and analyzed in this study. To understand the cause of the average gridded rainfall stability and increases after Haikui’s landfall, this research examines the fields of the physical terms as well as the vapor and condensate distributions and budgets, including their respective changes during the landing process. The environmental vapor supply following the typhoon landfall has no significant difference from that before the landfall. Although Haikui’s secondary circulation weakens, this circulation is not conducive to typhoon rainfall stability or increases, although the amounts of the six kinds of water substances (vapor, cloud water, cloud ice, snow, rain, and graupel) increase in the outer region of the typhoon. This reallocation of water substances is essential to the maintenance of rainfall. The six kinds of water substances are classified as vapor, clouds (cloud water and ice) and precipitation (snow, rain, and graupel) to diagnose their budgets. This sorting reveals that the changes in the budgets of different kinds of water substances, caused by the reduced mixing ratios of snow and ice, the water consumption of clouds, and the transformation of graupel, induce increased concentrations of precipitation fallout, which occur closer to the ground after typhoon landfall. In addition, this pattern is an efficient way for Haikui’s rainfall to remain stable after its landfall. Thus, the allocation and budget analyses of water substances are meaningful when forecasting the typhoon rainfall stability and increases after landfall.     

登陆过程中台风高层暖心结构演变特征分析

采用美国国家环境预报中心NCEP提供的分辨率为0.5°的再分析资料和中国气象局上海台风研究所热带气旋最佳路径集,对1979—2010年于30°N以南登陆中国的台风进行合成并分析其高层暖心结构,主要结论如下:(1)登陆台风暖心在登陆前18h左右强度有较明显的加强趋势;(2)登陆阶段台风暖心有着明显的非对称性,向陆地侧的暖心面积更大;而在登陆方向两侧暖心结构也存在较弱的非对称性,登陆前暖心面积左侧大于右侧,登陆后暖心面积右侧大于左侧。(3)登陆台风暖心的温度梯度分布是不均匀的。越靠近暖心外围,温度梯度越大,越靠近暖心中心,温度梯度相对较小。当暖心强度变化后,暖心内层温度的变化率大于外层。(4)登陆过程中暖心强度在垂直方向的衰减比水平方向更为显著。(5)文中几种台风暖心特征的计算简便,物理含义明确,为实际业务提供了较为不错的定量化参考,方便理解台风暖心结构与台风强度变化之间的关系,具备一定的业务应用价值。     

8805号登陆台风特大暴雨的数值模拟

应用中尺度模式ＭＭ４,使用了一种简单的模式台风处理方法,成功地模拟了８８０５号台风登陆前后的演变及其伴随的特五暴雨过程,即对分析的台风中心物理量场进行修正而形成与实况极为一致的初值,以期能更好地模拟台风过程。从模拟结果可以看出,台风降水强度中心基本上是随台风登陆移动而变化的,每一时期的降水中心基本上与台风移动的路径一致或略偏前方,在登陆时的降水最大,这种降水变化与台风上升运动的烛一致的,上升运动越     

典型温带针阔叶混交林碳收支对温度的响应特征

森林生态系统是一个庞大的碳储备系统,在当前气候变暖条件下,温度变化会对森林生态系统的碳收支过程产生重要影响。该文选择长白山温带针阔混交林森林生态系统（CBS）作为研究对象,利用多年通量及小气候观测资料分析该生态系统碳收支过程对温度的响应特征,结果显示该温带森林碳交换的季节变化特征十分明显。生态系统总初级生产力GPP、生态系统呼吸R_e和净生态系统碳交换NEE在2003—2008年的月平均变化显示,碳收支3个组分最大值均出现在夏季,GPP最大值出现在7月,R_e最大值主要出现在8月,NEE负方向的最大值主要出现在6月或7月,表现为碳吸收。在日尺度和月尺度对温度的响应上,GPP和R_e都是随温度（气温和5 cm土壤温度）呈显著的指数升高形式。在日尺度上和月尺度上, NEE对气温的响应皆是分段线性形式,先是随气温的上升而正向增大,表现为碳排放;当超过临界温度,随气温的继续上升而负值增大,表现为碳吸收。根据温度、GPP、R_e以及NEE的季节的变化,每年达到最大的GPP、R_e以及NEE的最适温度均不同,这表明了在气温变化的背景下,生态系统的最适温度也在随之改变,也表明了不考虑其它因素的影响,在气候变暖的背景下,长白山针阔混交林森林生态系统的GPP、R_e随气温的升高增大,而NEE随气温的升高而减小。     

登陆台湾岛热带气旋强度和结构变化的统计分析

利用1949—2008年共60年的《台风年鉴》、《热带气旋年鉴》资料及CMA-STI热带气旋最佳路径数据集,2001—2008年美国联合台风警报中心(JTWC)热带气旋尺度相关资料及日本气象厅(JMA)的TBB资料,统计分析西北太平洋(包括南海)热带气旋(TC)在登陆台湾过程中强度和结构变化的基本特征,主要结论有:(1)TC登陆台湾时强度为台风及以上级别的样本数占总样本数约60%,主要出现在6—9月,东部登陆TC的强度一般比在西部登陆的强;(2)大部分TC在岛上维持6 h左右,登陆时最大风速≤5级和强度为超强台风的TC穿越台湾岛时移动比较缓慢;(3)126个登陆台湾的TC样本过岛后近中心海平面气压平均增加5.61 hPa,近中心最大风速平均减小3.58 m/s,在台湾东部地区登陆TC的衰减率比在西部登陆的大3倍左右;(4)TC在登陆台湾前6 h至离岛后6 h期间其8级和10级风圈半径均明显减小,TC形状略呈长轴为NE-SW向的椭圆状,而其最大风速的半径却逐渐增大;(5)TBB分析结果显示,TC登陆台湾前,其外围对流主要出现在南侧和西侧,结构不对称,登陆以后,TC北部及东部的对流显著发展,外围结构区域对称;但中心附近的强对流则从登陆前6 h开始逐渐减弱消失。表明TC穿越台湾过程中内核结构松散、强度减弱。     

台风"云娜"(2004)近海加强的数值模拟研究

本文利用非静力平衡的中尺度模式MM5(V3)对2004年14号台风RANANIM("云娜")在登陆前近海加强及登陆初期的过程进行了54 h模拟,并加入人造台风优化初始场。结果表明:MM5能比较好地模拟出台风近海及登陆初期的移动路径及台风中心气压的变化。利用数值模拟结果,讨论了RANANIM(2004)台风在近海加强过程中的环流、动力和热力结构特征。发现在台风RANANIM近海加强的过程中对应有高空200 hPa净辐散场的存在,台风中心气压随净辐散值的增大而降低,反之亦然。净辐散值的减小对台风中心气压的快速升高有着预示的作用;垂直环流在强度和空间分布上发生了明显的变化。台风加强后,台风中心上方出现了明显的补偿性下沉气流;对流层低层存在明显的冷暖空气堆积,且当冷暖空气强度相当时有利于台风的增强;台风中心上方的正涡度柱逐渐发展为东西不对称分布,垂直方向上伸展高度保持不变或升高,而且在量值上也要更大。     

我国台风路径业务预报误差及成因分析

利用2005 2009年中国气象局(CMA)提供的西北太平洋(包括南海)台风路径业务预报资料,比较了各类型台风路径、台风登陆位置及登陆时间的预报误差,登陆台风不同阶段以及华东登陆和华南登陆台风的路径预报误差。结果表明:CMA在2005 2009年的路径预报水平与1999 2003年的相比有了显著提高。平均南海台风预报误差大于西北太平洋。异常路径台风主要出现于南海,三个预报时效(24、48和72 h)异常路径的预报误差平均都小于正常路径。将登陆台风分为远海、登陆期间和登陆后三个阶段,显示登陆期间台风预报误差最大,同一阶段华南登陆台风的预报误差大于华东登陆台风。台风登陆位置在24、48和72 h预报时效的平均预报误差分别为71.1、122.6和210.6 km,48和72 h台风实际登陆时间有70%早于预报时间,平均分别提早8和12 h。比较大尺度引导气流与台风移动的偏差及24 h路径预报误差,得到南海三种典型登陆台风路径的大尺度引导气流与台风移动的偏差及其与路径预报误差的关系不一样,即误差成因不同。南海倒抛物线型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最大,其预报误差最小;西一西北型的大尺度引导气流与台风移动的偏差最小,其预报误差最大,可能与大尺度环流预报准确性差有关。登陆华东的预报误差小于登陆华南台风的预报误差,这与台风登陆华南时其大尺度引导气流和台风移动的偏差大于登陆华东的台风有关。