近地层O3和CO2浓度变化对冬小麦影响的数值模拟：Ⅰ模型结构

在试验研究的基础上,文中尝试利用数值模拟方法评估O3和CO2浓度变化对作物的影响.以农田生态系统碳氮生物化学模型(DNDC)为基础,对其中的作物子模型进行改进,加入O3对冬小麦光合作用和叶片生长影响的模拟,结合原模型中有关CO2对冬小麦光合作用影响的模拟,建立反映O3和CO2浓度变化对冬小麦生长发育和产量形成影响的作物模型.文章对DNDC模型进行了参数修正以适用于中国华北地区;文章参考前人的工作,引用了两种O3对作物光合作用影响的模拟方法进行比较,分别是O3对初始光利用率的影响和O3对叶片光合作用的直接影响;在此基础上,进一步考虑O3对冬小麦叶片生长的影响,根据试验资料,建立了O3对叶片生长影响系数.     

二氧化碳浓度增加对冬小麦生长发育影响的数值模拟

根据国内外小麦生长模拟研究成果,借鉴荷兰学者的模拟思路,从作物生长的主要生理过程人手,综合考虑气候变暖与大气中CO2浓度增加等因素对作物生长发育和产量形成的影响,修正了在一级生产水平下冬小麦生长模拟模式,使得模式能够对CO2浓度的变化做出相应的反应。经资料检验,在当前CO2浓度下,冬小麦总干重和穗干重的模拟平均相对误差小于10％,其它器官干重及叶面积指数的模拟也取得了较好的结果。运用改进后的模式模拟试验了未来气候变暖和CO2倍增对冬小麦生长发育的可能影响。     

近地层大气臭氧对作物光合作用影响的数值模拟研究

近地层O3浓度增加对作物光合产生不利影响,因此,利用TE-49C型臭氧自动观测仪对常熟农田上方O3浓度进行了逐时测定,同时利用OTC-1型农田开顶式气室,测定了不同O3浓度对冬小麦叶片光合作用的影响.在此基础上,首次建立了O3对冬小麦光合作用影响的数值机理模式,模式分辨率达到瞬时时间尺度,空间积分采用Ross方案,具有较高分辨率和准确度.对O3浓度观测表明:O3浓度逐时值变化在0～160×10-9之间,相比之下日平均值变化较小,仅在5×10-9～60×10-9之内;长江中下游地区农田上方O3存在三种典型日变化形式:高浓度单峰型、高浓度多峰型和低浓度平缓型.数值分析表明:全晴天状况下高浓度单峰型对光合作用日总量影响最大.数值敏感分析表明:O3浓度和辐射同步变化时,随着日总辐射量的加大,臭氧浓度增加对光合作用的影响程度逐渐加强.全生育期积分表明:水肥适宜时,由于O3影响冬小麦光合总损失量约为9.22%.     

臭氧对夏季大气环流影响的数值模拟

利用球带ｐ－σ坐标系模式，模拟了臭氧对夏季大气环流的作用，结果表明，臭氧作用引入模式后，大气高压环流特征得到显著改善，臭氧使高层大气的加热率增大；对低层大气，虽然臭氧的加热作用很小，但可通过改变其他加热场分量的分布和量值，从而改变总加热率，使低层大气环流同样发生变化。     

地形对近地层风场日变化影响的数值模拟

利用修改的Mass模式和辽宁地区的地形资料，模拟了地形加热作用对辽宁地区近地层风场日变化的影响。结果表明，渤海和黄海北部海域对辽宁地区近地层风场的影响起着非常重要的作用。由于海陆加热的不同，加热冷却速度的不同以及山地地形等可产生不同的流场日变化。     

极区大气臭氧变化对中国气候影响的数值模拟

首先利用TOMS资料分析了南北极区大气臭氧总量的季节变化特征。结果表明 ,南北极区的臭氧减少都是春季下降最快 ,然后通过数值试验得到 ,极区大气臭氧减少将造成高低层温度差值分布大致相反 ,由于臭氧减少也将使我国的大气环流形势和降水分布特征发生改变。在我国的不同区域 ,各气象要素的变化也具有不同特征。     

O3浓度增加对冬小麦影响的试验研究

利用OTC 1型开顶式气室对冬小麦进行不同O3 浓度处理的试验研究。结果表明 ,O3 浓度增加 ,冬小麦发育期表现为开花前期有所延迟 ,开花后期的各发育期明显提前 ,生育期缩短 ,植株矮化 ,干物质累积量明显下降。无论是长时期通气处理还是阶段性通气处理 ,产量均明显降低     

不同CO2浓度处理对冬小麦的影响

利用ＯＣＴ－１型开顶式气室进行不同的ＣＯ２浓度处理对冬小麦生长发育影响的诊断试验。结果表明，不同ＣＯ２浓度处理对冬小麦的发育期、生物量、叶面积、产量、产品质量、种子发芽率以及粘虫等影响较为明显。     

大气中O3和CO2增加对大豆复合影响的试验研究

利用OTC-1型开顶式气室,对大豆"中黄14"进行了长时期不同O3和CO2处理的接触试验,模拟研究CO2和O3浓度倍增及其交互作用对大豆发育期、黄叶率和绿叶率、根瘤、生物量及其分配、产量结构、籽粒品质及叶片膜保护系统的影响,结果表明:单独O3浓度倍增,发育期明显提前;生物量最多可减少近一半,产量最多减产60%以上;粗蛋白含量增加6.2%,粗脂肪含量降低7.6%;叶片脂膜过氧化加剧.单独CO2浓度倍增,开花后发育期有所延迟;对生物量及产量有明显的正效应,成熟时总生物量和籽粒产量分别比T5增加21.0%和20.3%;粗蛋白和粗脂肪含量分别下降3.3%和1.6%;结荚前叶片脂膜过氧化反应减轻.CO2和O3持续倍增和逐渐达到倍增交互作用处理,在生物量、产量方面表现为CO2的影响大于O3,在叶片膜保护系统方面表现为O3的影响大于CO2,粗蛋白含量下降,粗脂肪含量上升,叶片脂质过氧化加剧.熏气处理均可造成:黄叶率上升,绿叶率下降,凋落物增加,且单独O3浓度倍增的处理最明显,通气仅10天黄叶率就高于50%;超氧化物歧化酶活性增强;气孔阻力增加,蒸腾速率下降,且单独CO2浓度倍增的处理最明显,尤其在高湿阴天,气孔阻力和蒸腾速率变化最高分别可达增加234.0%和下降58.5%.     

冬小麦群丛反射率农业气象数值模拟研究

运用农业气象学、气象学等理论建立了一个冬小麦群丛反射率农业气象数值模式。模式由辐射日变化反演、土壤反射率日变化反演以及植被反射率模拟等子模式耦合而成,运用该模式可以利用常规气象资料对冬小麦群丛反射率日变化进行较准确的模拟,实测验证结果表明模拟最大相对误差为12．1％,平均相对误差为6．3％,该模式为进一步估算农田热量平衡以及进行农业微气象研究提供了理论方法,并可充当作物生长数值模式中的一个子模式。     

CO2浓度增加对农业生产的影响

分析了ＣＯ２浓度增加引起的增温效应对黑龙江省农业生产产生的可能影响。以水稻为例，研究了ＣＯ２增加时，黑龙江省作物种植区域的变化。     

植被变化对中国区域气候的影响I:初步模拟结果

利用区域气候模式(RegCM2)对中国植被变化的气候影响进行了模拟研究,结果表明江淮流域洪涝灾害增多及华北干旱的加剧可能是北方草原沙漠化与南方长绿阔叶林退化共同影响的结果,而且南方植被退化对其的影响似乎更严重.严重的植被退化会导致降水与植被退化之间的正反馈,易使退化区不断向外扩展且退化难以恢复.而程度较轻的植被退化,退化与降水减少之间是一种负反馈,当人为压力减弱后,退化较易恢复,但由于地表径流的增加,易导致洪涝灾害的发生.植被退化使气候变得更加恶劣,而北方草原植被增加使气候变得温和.但植树区外围的降水减少,易使新栽树林由外向内退化,说明目前的北方草原区气候似乎不支持在该地区出现大面积的森林.     

长春近地层空气CO2浓度变化特征的观测与分析

采用便携式CO2浓度分析仪,在长春市气象站对长春近地层空气中二氧化碳浓度进行观测。观测资料表明,长春近地层空气CO2浓度日变化和季节变化明显,夏季CO2浓度表现为夜间明显高于白天,每日CO2浓度高值期为383～441ppm,低值时期为322～342ppm。冬季每日CO2浓度高值期为425～474ppm,低值期为381～397ppm,仍然是白天低于夜间。春、秋两季长春CO2浓度的昼夜变化不象夏天和冬天那么明显。近地层空气CO2浓度季节变化也十分明显,12月前后浓度最高,为400至410ppm左右;7、8月份最低,为360～370ppm左右;春、秋季处于两者之间。均在390ppm上下。其变化与化石燃料燃烧和植被光合作用有关。     

南半球臭氧变化气候效应的数值模拟

采用一个陆气耦合的９层谱模式模拟了南半球臭氧减少所产生的气候效应。数值试验结果表明,南半球臭氧的减少不仅对南半球温度场的 大气环流有影响,而且对北半球的温度场结构和大气环汉也有一定的影响。其气候效应具有全球性。南半球臭氧减少总体上可以使平流层中层以上大气降温、平流层低层增温、对流层顶附近降温。此外,在北半球冬半年期间,南半球臭氧的减少可使南北半球的副热带西风急流都减弱,极锋急流都增强;在北半球夏半     

水热变化对冬小麦生长发育的模拟试验

应用CERES小麦模式,在假定水热条件变化(日平均温度变化-1℃,0℃,1℃和2℃,日降水量变化±20％,±10％,±5％和0％,共28种组合)的气候情景下,模拟了小麦的生育过程。结果表明,对于试验点镇江来说,温度变化比水分变化对小麦的影响更显著;温度升高,发育加快,生育期缩短;水热变化对籽粒产量的影响多数为不利,特别在温度降低、水分减少时更为明显;温度升高、降水减少均可使土壤有效水分减少。     

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.     

CO2浓度渐增对气温影响的敏感性试验

使用辐射对流模式，研究了中纬度冬季气温对于ＣＯ２浓度变化的敏感性。结果表明：气温变幅随ＣＯ２浓度渐增呈现先快后慢的非线性特征；气温变幅具有一定的稳定性。     

南京及周边黑碳气溶胶对臭氧影响的观测分析和数值模拟

利用南京地面站点2016-2017年黑碳气溶胶(Black Carbon,BC)和臭氧(O3)逐小时观测资料,对比分析了不同季节BC与近地面O3的关系.结果 表明,高BC(高于平均值)影响下的O3质量浓度值明显比低BC(低于平均值)影响下的O3质量浓度值低,这种抑制作用在秋冬季明显高于春夏季,且BC与O3的负相关性在秋...