生物泵在海洋碳循环中的作用

生物过程在海洋碳的自然分布中起着重要的作用,它使海洋中碳的储量大大增加.作者用包含海洋化学过程和一个简单生物过程的三维碳循环模式模拟了生物泵在海洋碳循环中的作用.模式计算的结果表明:生物过程产生的海-气通量的量级非常大;在高纬度和赤道它的量级与因溶解度泵产生的碳的海-气通量差不多.在高纬度地区这两个通量符号相反,使组合模式中的通量大小比只有溶解度泵时的通量小,而在赤道两者的符号相同,使组合模式在赤道的通量大于只有溶解度泵时的通量.在稳态条件下生物泵对海洋吸收人为CO2的直接影响很小.     

海洋碳循环模式的进展

本文综述了两类近年来国外使用的海洋碳循环数值模式.一类是国外通常使用的比较简单的箱模式;另一类是基于大洋环流模式的三维无机碳循环模式,以及在该模式的基础上引进了海洋生物群作用的海洋碳循环模式.后者是目前比较完整的模式,也是本文重点介绍的内容.     

带生物泵三维全球海洋碳循环模式

建立了一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式,该模式在海气界面上与一个CO2充分混合的大气箱进行CO2交换,模式积分1 200年达到准稳定态的海水总CO2、碱度及溶解氧的浓度、表层新生产力、海气分压差等的分布与实测相接近。通过带生物泵和不带生物泵的对比实验,表明海洋生物过程在海洋吸收大气中CO2能力上起着重要作用。     

海洋中碳及营养物自然分布的数值模拟

用海洋生物化学环流模式（Ｂ－ ＧＣＭ） 模拟了工业化前碳及营养物在海洋中的分布, 并得到了较为合理的结果。模式考虑了海洋表面化学和一个简单的生物过程。模式的主要预报变量有总ＣＯ２ 、碱度和磷酸盐。决定生物化学物质分布的三个参数的取值为： ＰＯＣ 通量的垂直廓线的指数ａ 取观测值０－８５８ 、生物生产效率ｒ ＝ ２／ 年和下落比Ｒ＝ ０－０６ 。用Ｂ－ＧＣＭ 模拟出的结果与ＧＥＯＳＥＣＳ观测值基本相符。     

海洋碳循环模式（I）——一个包括海洋动力学环流、化学过程和生物过程的二维碳模式的建立

利用一个全球海洋动力学环流模式所模拟的海洋环流场,建立了一个全面的二维海洋碳循环模式。此模式摒弃了传统箱模式的缺陷,充分考虑了诸如大气与海洋间的碳交换、光合作用和氧化分解、碳酸钙的产生和溶解、悬浮颗粒物的下沉等过程,尤其是在模式中耦合进了以往甚少考虑的海洋生物过程对碳循环的影响,引入了详尽合理的参数化方案。通过模拟发现：在稳定状态下,大气和海洋中总碳含量分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件,水平扩散系数和光合作用常数率对各化学量的分布有很大影响。     

海洋碳循环模式（Ⅰ）一个包括海洋动力学环流、化学过程和生物过程的二维碳模式的建立

利用一个全球海洋动力学环流模式所模拟的海洋环流场,建立了一个全面的二维海洋碳循环模式。此模式摒弃了传统箱模式的缺陷,充分考虑了诸如大气与海洋间的碳交换、光合作用和氧化分解、碳酸钙的产生和溶解、悬浮颗粒物的下沉等过程,尤其是在模式中耦合进了以往甚少考虑的海洋生物过程对碳循环的影响,引入了详尽合理的参数化方案。通过模拟发现：在稳定状态下,大气和海洋中总碳含量分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件,水平扩散系数和光合作用常数率对各化学量的分布有很大影响。     

激光雷达在大气混合层探测中的应用

利用香港的激光雷达资料,结合当地的探空资料和天气资料,分析激光雷达在观测大气混合层厚度及其特征。     

二维温盐环流模式研究14C在海洋中的分布

海洋碳循环模式中常使用放射性同位素14C来检验该模式的物理模型是否较好地反映了海洋中的大尺度变化的过程。本工作使用的物理模型是包括太平洋、大西洋和南大洋在内的二维温盐环流模式，在给定的年平均海表强迫下积分4000年后，环流达到准稳态，其定常流场用来驱动14C模式。对14C模式积分5000年以上，可得到14C稳态的分布。使用不同的二氧化碳海气交换系数和垂直湍流扩散系数值进行了7个实验，发现使用Broecker等的交换系数方程和扩散系数值依深度从0.6增加到1.45 cm2/s，模拟的结果较好。使用观测到的大气中14C含量，进一步研究了工业革命后及核试验后的14C在海洋中的穿透，模拟结果与现有的一些资料进行了比较，总体上给出了合理的结果。     

五个全球大气海洋环流模式模拟二氧化碳增加对气候变化的影响

本文总结五个应用较广的全球大气与海洋环流模式(GFDL,GISS,NCAR,OSU与UKMO),模拟由于人类活动造成大气中二氧化碳浓度增加对气候变化的影响模拟表明,由于大气中二氧化碳浓度增加,将导致全球地面气温增暖大约4℃,其中高纬与极区冬季增暖更明显。高纬与极区海冰和积雪融化增加。全球降水率与土壤湿度在部分地区明显增加,部分地区明显减少,引人注意的是中纬度地区土壤湿度可能变干燥。 本文还给出发达国家与发展中国家在能源战略的各种考虑下各自相应对大气中二氧化碳浓度的影响,以及展望未来由于人类活动的结果,将对全球大气与海洋温度的变暖和土壤湿度变化的影响。     

海洋在CO2增暖事件中的作用

本文以海洋在CO_2引起的增暖事件中的作用为线索,评介了近几年来国外利用大洋环流模式和海-气耦合模式所进行的若干研究工作,其中包括海洋对大气热异常的响应,海洋热输送作用对模式气候敏感性的影响,热异常向海洋中渗透的物理机制,和海-气耦合模式对CO_2增加的平衡响应,以及对于CO_2突然增加和逐渐增加的两类迁延响应的差异。     

一个中尺度模式中高分辨边界层的参数化

建立一个高分辨大气边界层模式。然后,把该模式与一个中尺度数值预报模式进行耦合并把模式计算结果与实测结果进行了对比。结果表明,该耦合模式能够模拟出大气边界层的流场、温度场和气压场的特征。     

山西中部地区近500年来生态环境劣变与气象灾害加剧的分析研究

本文在搜集了大量生态环境历史变迁及气象灾害史料的基础上,应用历史学、生态学、环境学、灾害学等多学科理论与方法,对山西中部地区自明代前中期以来近500年的生态环境劣变过程,以及在其影响下的气象灾害变化情况进行了分析研究后,得出初步结论:森林毁坏导致生态环境破坏,具有不可逆性和累积性的特征。生态环境一旦被破坏就很难恢复;生态环境遭破坏引发4个方面恶果:一是水土流失会长期存在,并逐趋加重。二是洪涝灾害明显加剧。三是干旱频率显著增大。四是局地性强对流天气造成的灾害趋于严重。森林毁坏,生态环境恶化导致气象灾害加剧,反过来气象灾害加剧又促使生态环境进一步恶化。     

北京城区二氧化碳时空分布及湍流谱特征

利用北京325 m气象塔上安装的7层CO₂涡动相关系统在2014年12月到2015年11月的观测资料,分析了北京城区不同高度上CO₂浓度、通量时空分布及湍流谱的特征。结果表明:城市CO₂浓度日变化除了冬季都呈现双峰型,冬季由于人为碳源排放的大幅增加,双峰型不明显。每层的CO₂浓度、通量都有明显的季节变化:冬季最高,春末、夏季最低。CO₂浓度整体随高度的增加而降低。北京城区是CO₂源,CO₂通量的日变化不如CO₂浓度日变化规律明显。CO₂通量在47 m以下为负,47 m以上为正。通量在140 m以下随高度的增加而增加;140m以上随高度的增加而减少。根据对CO₂时空分布的分析可知:边界层CO₂浓度、通量强烈受到碳源、下垫面植被、大气稳定度、环境温度和天气过程等因素的影响。各变量谱与Kaimal等的研究结果接近:归一化速度谱和CO₂谱在惯性子区有－2/3的斜率,在低频区与稳定度参数（Z/L）有一定的关系。这说明复杂地形的城市下垫面的湍流谱结构与平坦地形相比没有太大的实质性差异。     

一个引入近地层的土壤一植被－大气相互作用模式

本文在国外同类模式基础上，结合自己特点建立了一个土壤一植被－大气近地层的相互作用模式。在这个模式中，土壤和植被与大气之间的各种通量输送是与近地层大气进行的，而不是同较高层大气直接交换，更符合实际情况。以大气几十米高处的风、温度、湿度为输入参数，驱动运行本模式，进行敏感性试验，并用有限的观测数据相比较。结果证明，本模式能合理模拟土壤、植被、大气的温、湿以及各种通量的变化。进一步与中尺度大气模式耦合可以用于气候研究。     

A Case Study of CO<Subscript>2</Subscript>, CO and Particles Content Evolution in the Suburban Atmospheric Boundary Layer Using a 2-μm Doppler DIAL,a 1-μm Backscatter Lidar and an Array of In-situ Sensors

A network of remote and in-situ sensors was deployed in a Paris suburb in order to evaluate the mesoscale evolution of the daily cycle of CO₂ and related tracers in the atmospheric boundary layer (ABL) and its relation to ABL dynamics and nearby natural and anthropogenic sources and sinks. A 2-μm heterodyne Doppler differential absorption lidar, which combines measurements of, (1) structure of the atmosphere, (2) radial velocity, and (3) CO₂ differential absorption was a particularly unique element of the observational array. We analyse the differences in the diurnal cycle of CO, CO₂, lidar reflectivity (a proxy for aerosol content) and H₂O using the lidar, airborne measurements in the free troposphere and ground-based measurements made at two sites located few kilometres apart. We demonstrate that vertical mixing dominates the early morning drawdown of CO and aerosol content trapped in the former nocturnal layer but not the H₂O and CO₂ mixing ratio variations. Surface fluxes, vertical mixing and advection all contribute to the ABL CO₂ mixing ratio decrease during the morning transition, with the relative importance depending on the rate and timing of ABL rise. We also show evidence that when the ABL is stable, small-scale (0.1-km vertical and 1-km horizontal) gradients of CO₂ and CO are large. The results illustrate the complexity of inferring surface fluxes of CO₂ from atmospheric budgets in the stable boundary layer.     

Turbulent carbon exchange in very stable conditions

Turbulent fluxes obtained using the conventional eddy covariance approach result in erratic results with large time fluctuations in extremely stable conditions. This can limit efforts to estimate components of the nocturnal energy budget and respiratory CO₂ fluxes. Well-organized fluxes that show a clear dependence on turbulent intensity were obtained when multiresolution decomposition was used to estimate turbulent exchanges. CO₂, heat and water vapour fluxes were observed at a site in the eastern Amazon basin that had been cleared for agricultural purposes. Temporal scales of the carbon transfer were determined and shown to be similar to those of latent heat, but as much as three times larger than those of sensible heat. CO₂ eddy diffusivities at the temporal scales on which most of the vertical CO₂ exchange occurs are shown to be 50 times larger than the eddy diffusivity for heat. A process associated with the vertical scale of the scalar accumulation layer is suggested to explain these different scales and turbulent diffusivities of carbon and sensible heat transfer. For an appreciable range of turbulence intensities, the observed vertical turbulent carbon exchange is insufficient to account for the locally respired CO₂ estimated independently. Evidence that shallow drainage currents may account for this is given.     

OBSERVING RESULTS OF THE ATMOSPHERIC MIXED LAYER IN BEIJING AREA AND THE EVALUATION OF THEORETICAL MODELS

In the present study the data of wind and temperature profiles and sensible heat flux observed in Beijing inJuly and December of 1986,together with the results of water tank experiments for comparison,are used to testthe prediction models of the atmospheric mixed layer with zero order and first order assumption,respectively.The results show that the entrainment rates in summer and winter used in the zero order model are 0.15 and0.10,respectively,while its value in the first order model ranges between 0.15 and 0.19 with a lower rateat the initial stage of mixed layer development.Emphasis in the study is also placed on the relationship between the entrainmert rate and the developmentof the mixed layer.     

考虑背景风压场影响的边界层数值模式

本文提出一个在中性情况下边界层数值模式中考虑背景风压场影响的方法。背景风压场的水平非均匀影响了边界层运动方程中的惯性力项及边界层的上界风速。本文把三维问题用一种线性化方法简化为一维问题，只要知道背景气压场的空间分布，即可求出考虑了背景场影响的边界层风场。     

Nocturnal stable boundary layer height model and its application

A model of the evolution of the nocturnal stable boundary layer height, based on the heat conservation equation for a turbulent flow, is presented. This model is valid for nights with weak winds and little cloudiness in rural areas. The model includes an expression of vertical profile of potential temperature within the boundary layer, which is obtained using micrometeorological information from Prairie Grass, Wangara and O'Neill Projects. The expression turned out to be a second-grade polynomial of the dimensionless height of the nocturnal stable boundary layer. The resulting model is a function of the Monin–Obukhov length, the surface potential temperature of air and the roughness length. This model was satisfactorily compared with micrometeorological data. It was applied at three stations of Argentina, using surface hourly meteorological information. From the results that were obtained, the monthly average values of the stable boundary layer thickness were analysed. The maximum monthly average values occur during the cold season and the minimum ones take place during the hot season. It was observed that the monthly average thickness increases with latitude.