1955-2005年中国稻田甲烷排放估算

 将稻田甲烷排放模型CH4MOD和GIS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆1955-2005年水稻生长季稻田甲烷排放量。结果表明：中国稻田甲烷排放总体呈增加趋势,1960年代、1970年代、1980年代和1990年代年均排放量分别为（3.18±0.53）、（4.71±0.27）、（5.22±0.24）和（5.79±0.34）Tg,2000-2005年平均排放量为（6.25±0.36） Tg。1960-1975年增加最快,速率为0.167 Tg/a;自1970年代中期开始增加速率减缓,为0.054 Tg/a。中国稻田甲烷排放高值区主要分布在湖南、湖北、江西、广东、广西、江苏和安徽省,约占全国稻田甲烷排放总量的73.2%。自1980年代初以来,东北三省稻田甲烷排放增加显著,这主要归因于该区水稻种植面积的迅速扩大。     

昆明城市热岛效应的数值模拟研究

本文利用WRF（V3.9.1）模式中耦合Noah/SLUCM方案作为Control试验,研究了土地利用类型（Md04试验）、陆面过程（NoUCM试验）和湖泊（Nolake试验）对城市热岛强度及昆明城市气象要素水平、垂直的时空分布影响。主要结论如下:（1）四个试验城市热岛强度的平均日变化趋势相似,白天城市热岛强度较弱、夜间较强,在20时（北京时,下同）左右达到最大值。城市冠层（湖泊）对城市热岛有较明显的减（增）温,Control-NoUCM（Nolake）试验中,平均日最大差值为?0.79°C（+1.07°C）。（2）从能量平衡方程分析Control-Md04试验,感热（潜热）通量的差值为+46.18（?79.71）W m?2,潜热通量释放大于感热通量的绝对值。Control-NoUCM试验中,感热（潜热）通量的差值为?40.88（+29.60）W m?2;因NoUCM试验未考虑几何建筑物储热与遮挡,太阳辐射大部分被地表所吸收,导致感热通量偏大。（3）四种试验中,15（07）时边界层高度达到最大（小）值。NoUCM（Nolake）试验中城市边界层高度分别降低103 m（32 m）左右,而Md04试验中城市边界层高度增加102 m左右。（4）湖泊（滇池）对城市热岛环流影响的试验表明,湖泊上空垂直运动较弱,但水平方向湖陆风较大,这有利于向城市输送水汽,增加干空气湿度,使城市中空气的水汽含量增加,同时增大潜热能量释放,降低感热通量,减小了垂直温度梯度。     

水汽含量对飑线组织结构和强度影响的数值试验

利用2009年6月3～4日一次产生大风、冰雹强对流天气的飑线个例进行数值试验,研究整层水汽含量及其垂直分布对中尺度对流系统的发生发展过程、组织类型和强度等的影响。本文的试验表明环境场中不同的水汽含量和垂直分布,会影响下沉气流和冷池的强度,从而影响对流的组织形态、维持时间和强度。整层水汽试验表明,增加（减少）水汽,对流增强（减弱）,冷池和雷暴高压增强（减弱）导致大风增强（减弱）。增加水汽越多发展阶段冷池强度越强,最大风速越强,但成熟阶段后期冷池减弱的越快,层状云区的后部入流减弱,不利于雷暴大风的出现和维持。不同层次水汽试验表明,在保持整层水汽含量不变的情况下,线状对流和雷暴大风易发生在中层干、下层湿的环境中,这种层结条件对雷暴高压的增强有重要作用,但不利于整个对流系统的长时间维持。     

利用大涡模拟分析地表加热和动力作用对边界层结构的影响

大气边界层结构影响地气间物质能量交换、污染物扩散及人类健康。边界层结构受地表加热和动力作用影响显著,但实际观测中难以分离每种因素的影响,造成边界层结构和大气湍流参数化的困难。为此,利用中尺度天气模式WRF中的大涡模块WRF-LES,设置控制试验（Test1）,地表热通量试验（Test2）、低层风切变试验（Test3）、地表粗糙度试验（Test4）及同时改变上述变量的试验（Test5）,研究地表加热、低层风切变和地表粗糙度对平坦下垫面条件下的边界层结构的影响。模拟结果表明：（1）地表加热增强5倍使边界层升温,对流增强,夹卷层厚度增加120.8%,全边界层湍流动能增加45.7%,热力和动力边界层高度分别增大28.3%和29.9%。强烈的垂直混合作用有利于动量向下传递,使风速在边界层低层增大、中上层减小。（2）低层风切变增大0.5倍,使得热力和动力边界层高度分别增大11.9%和降低6%,夹卷层厚度增大31.2%,全边界层湍流动能增大25.7%。（3）粗糙度增加4倍,对湍流动能的影响主要集中在低层,动力边界层高度变化较小,但摩擦损耗作用使动力边界层内风速减小;同时,增加了边界层顶附近的夹卷作用...     

稻田甲烷排放及产生、转化、输送机理

通过对中国五大水稻产区稻田甲烷排放的多年观测实验,描述了稻田甲烷排放的时空变化规律及特征并分析研究了其形成机理。稻田甲烷排放的日变化有四种类型,甲烷的传输效率是日变化形成的主要因素。稻田甲烷土壤中排放率的季节变化型式在不同的地区是不同的,这取决于气温变化、水稻品种、施肥及水管理等不同因素。甲烷产生主要发生在稻田土壤耕作还原层（2～20 cm）,氧化主要发生在水土交界面的氧化层和根部氧化膜,并受多种因子的影响。土壤中的甲烷通过三个路径向大气排放,不同时期三个路径在甲烷传输中的相对重要性不同。施用化肥和沼渣肥可以降低土壤中甲烷的产生和排放,而有机肥会增加土壤中甲烷的产生和排放。中国的稻田每年向大气中排放9.67～12.66百万吨甲烷,全球稻田甲烷的总排放量约为35～56 Tg/a。     

利用稻田小气候栽培食用菌技术初探

“稻田栽培食用菌试验与研究”是西乡县科委1991年下达我局的科研课题,目的在于充分利用农田气候资源,挖掘农田潜力,增加单位面积上农田的产值。经过1991年田间栽培试验,现就稻田栽培食用菌技术初步总结如下。     

飑线组织化过程对环境垂直风切变和水汽的响应

利用ARPS模式对飑线发生发展过程进行二维理想数值试验,讨论了低层环境垂直风切变和水汽条件变化时,飑线内部物理因子配置变化及其与系统强度演变的联系。研究表明,飑线发展过程中出现的动量、热量和水汽的再分配过程,造成系统内垂直环流结构和扰动温湿场分布发生变化,从而影响系统内部深对流的组织化过程和飑线强度的发展。基于低层环境垂直风切变和水汽两个要素的敏感性试验研究表明,低层环境垂直风切变增大（减小）时,飑线移速减慢（加快）,冷池前沿激发的新对流与中高层的垂直运动相互贯通（分离）,飑线系统强度随之增强（减弱）。此外,当低层水汽增加（减少）时,会导致输送到中层的水汽增加（减少）,中层凝结潜热释放增多（减少）,该层垂直运动增强（减弱）;同时,飑线系统区域环境释放的对流有效位能（CAPE）增大（减小）,新生对流的强度增强（减弱）。低层水汽条件通过水汽输送和能量释放,改变冷池前沿新对流与中高层垂直环流的组织化结构,从而影响飑线强度。     

人为强迫和自然强迫对近年来对流层顶高度变化的贡献

观测表明,自1979年以来对流层顶（平流层与对流层之间的界限）高度增加了数百米。在气候模式实验中,等量的增加也是显而易见的。气候模式实验表明,人为因素导致臭氧和均匀混合温室气体的变化,对1979-1999年对流层顶高度增加的影响占所有因素的80％。臭氧对平流层的冷却作用和均匀混合的温室气体对对流层的加热作用,使对流层顶高度增加。     

高分辨区域输送模式中不同输送格式的对比试验

本文对两种输送格式在理论试验的基础上，引入19层高分辨区域输送模式EM3，由中尺度模式（MM4)提供实例输送风场，积分至13、18、30、50、70小时，作分析和对比数值试验。采用的两种格式是:二阶动量矩守恒的Prather格式（以下简称为SOM)及通量订正的Smolar格式。数值试验结果表明，高精度的SOM格式使数值扩散减小一个量级， 使输送物质（SO#-[2])中心浓度比Smolar格式增大3～4倍， 采用SOM格式还明显改进了浓度中心水平平均运动轨迹的模拟精度，选择高精度的平流格式是改进模拟结果的重要途径。     

亚热带丘陵区稻田周边氨气干沉降研究（英文）

农业源在氨(NH_3)排放清单中占比较大,但农业排放的NH_3是否全部进入大气亟待评估。本文选择亚热带丘陵区双季稻田为研究对象,研究了农田排放NH_3的去向和沉降过程。结果表明,稻田(0.6 ha)下风向100 m范围较高的NH_3浓度主要出现在施用基肥和追肥后15 d内。随着距稻田距离的增加,下风向大气中NH_3浓度呈指数下降。稻田下风向100 m范围内NH_3沉降量约占挥发量的80%,表明近源沉降是亚热带丘陵区稻田排放NH_3的重要汇机制。该机制大幅减少了农业排放NH_3进入大气的总量,应该在清单编制过程中予以考虑,以期客观评价农业排放对大气污染的潜在影响。     

Modeling Methane Emissions from Paddy Rice Fields under Elevated Atmospheric Carbon Dioxide Conditions

Methane(CH4 ) emissions from paddy rice fields substantially contribute to the dramatic increase of this greenhouse gas in the atmosphere.Due to great concern about climate change,it is necessary to predict the effects of the dramatic increase in atmospheric carbon dioxide(CO2 ) on CH4 emissions from paddy rice fields.CH4MOD 1.0 is the most widely validated model for simulating CH4 emissions from paddy rice fields exposed to ambient CO2(hereinafter referred to as aCO2 ).We upgraded the model to CH4MOD 2.0 b...     

稻田CH4排放的农业气象数值模拟研究

在美国DNDC模式基础上, 综合气象学、农业气象学及生态学最新研究进展, 将作物生长、碳氮循环及CH₄排放有机耦合, 建立了一个CH₄排放数值模式, 模式通过了相关显著性检验。利用模式重点分析了气象因子对稻田CH₄排放的影响状况, 数值分析表明, 当仅考虑气象条件影响时: (1) 不同地区不同生长季节的CH₄排放量均与相应生长期的平均气温成正相关关系; (2) 功率谱分析表明稻田CH₄排放存在4~5年周期变化, 与相应生长季节的平均温度年际变化规律相一致; (3) CH₄排放量年际之间变化趋势与生长季平均气温变化趋势基本一致。利用数值计算结果, 给出了杭州及昌德地区早稻、晚稻CH₄简易统计模式, 为应用模型监测并调控农田生态系统中的CH₄排放奠定了基础。     

Methane and nitrous oxide emissions from three paddy rice based cultivation systems in Southwest China

To understand methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) emissions from permanently flooded rice paddy fields and to develop mitigation options, a field experiment was conducted in situ for two years (from late 2002 to early 2005) in three rice-based cultivation systems, which are a permanently flooded rice field cultivated with a single time and followed by a non-rice season (PF), a rice-wheat rotation system (RW) and a rice-rapeseed rotation system (RR) in a hilly area in Southwest China. The results showed that the total CH4 emissions from PF were 646.3±52.1 and 215.0±45.4 kg CH4 hm-2 during the rice-growing period and non-rice period, respectively. Both values were much lower than many previous reports from similar regions in Southwest China. The CH4 emissions in the rice-growing season were more intensive in PF, as compared to RW and RR. Only 33% of the total annual CH4 emission in PF occurred in the non-rice season, though the duration of this season is two times longer than the rice season. The annual mean N2O flux in PF was 4.5±0.6 kg N2O hm-2 yr-1. The N2O emission in the rice-growing season was also more intensive than in the non-rice season, with only 16% of the total annual emission occurring in the non-rice season. The amounts of N2O emission in PF were ignorable compared to the CH4 emission in terms of the global warming potential (GWP). Changing PF to RW or RR not only eliminated CH4 emissions in the non-rice season, but also substantially reduced the CH4 emission during the following rice-growing period (ca. 58%, P<0.05). However, this change in cultivation system substantially increased N2O emissions, especially in the non-rice season, by a factor of 3.7 to 4.5. On the 100-year horizon, the integrated GWP of total annual CH4 and N2O emissions satisfies PF>>RR≈RW. The GWP of PF is higher than that of RW and RR by a factor of 2.6 and 2.7, respectively. Of the total GWP of CH4 and N2O emissions, CH4 emission contributed to 93%, 65% and 59% in PF, RW and RR, respectively. These results suggest that changing PF to RW and RR can substantially reduce not only CH4 emission but also the total GWP of the CH4 and N2O emissions.     

我国华中地区稻田甲烷排放特征

本文主要讨论地处我国华中水稻生态区的湖南红壤稻田的CH4排放特征。稻田CH4排放的日变化都有一致的规律，即在下午16:00左右出现最大值；CH4排放的日变化幅度与天气条件和水稻植物体有关；CH4排放的日变化与温度日变化的相关性很好（R>0.90）。早稻和晚稻的CH4排放季节变化规律有明显的差别，这主要是由于早、晚稻水稻生长期间的天气特别是空气温度变化的差异引起的，早稻CH4排放率在水稻生长中期（6月）略大，而晚稻在水稻移栽后几天内CH4排放就达到整个季节中的最大值，以后随时间逐渐降低；缺水会使CH4排放率明显降低，而且在重新灌水后相当长时间内CH4排放率没有回升；CH4排放在全有机肥的田中最大，然后依次是常规施肥、全沼渣肥及化肥田；尿素、氯化钾和复合肥的多施可降低稻田CH4排放率；不同施肥田中CH4排放率的温度效应不同；施肥是控制CH4排放的一种可行手段；在整个晚稻生长季节中瞬时CH4排放率与瞬时温度呈明显的指数关系；在1991年双季水稻生长季节中，稻田中CH4的排放量为67.96 g·m-2，其中早稻的CH4排放率为0.36 g·m-2·d-1，晚稻为0.48 g·m-2·d-1。     

广东省不同地区稻田甲烷排放的差异性及其模型估计

减少温室气体排放以减缓全球变暖是当前全球变化研究的主要关注点。制定区域适应性的减排措施,有赖于对不同环境条件下温室气体排放空间差异性的进一步研究。广东是我国主要的双季稻种植区,其气候条件及稻田耕作方式都有别于我国其他稻区的。为估算广东省区域稻甲烷(CH_4)排放情况,利用IPCC2006清单指南中的稻田甲烷模型——CH_4MOD,模拟计算了2010年广东省21个地市双季早(晚)稻CH_4排放量及其排放因子。结果显示:1) 2010年稻田CH_4排放量为60. 74万t,其中双季晚稻CH_4排放量35. 01万t,双季早稻CH_4排放量25. 73万t。2)稻田CH_4排放量空间分布不均,区域稻田甲烷排放量为粤西的粤北的珠江三角洲的粤东的,排放量分别为21. 22万t、17. 02万t、15. 14万t、7. 36万t。3)双季早稻CH_4排放因子明显小于晚稻的,双季早稻CH_4排放因子为261. 18 kg CH_4/hm~2,双季晚稻为358. 53 kg CH_4/hm~2。4)空间上,粤西地区稻田CH_4排放因子水平较高,粤北、粤东的处于中等水平,珠江三角洲稻田CH_4排放水平最低。     

农田生态系统温室气体排放研究进展

自1985年起,中国科学院大气物理研究所利用自行设计制造的自动观测仪器系统,历时十六年先后对我国四大类主要水稻产区的甲烷排放规律及其与土壤、气象条件和农业管理措施的关系进行了系统野外观测实验,并对稻田甲烷产生、转化和输送机理进行了理论研究,探讨了控制稻田甲烷排放的实用措施,建立了估算和预测稻田甲烷排放的数值模型.在甲烷排放的时空变化规律和转化率研究方面有一系列新的发现,在稻田甲烷产生率、排放率及其与环境条件的关系方面取得一系列新的成果,以充分证据改变了国际上关于全球和中国稻田甲烷排放总量的估算.在对稻田甲     

A HIGH RESOLUTION MODEL FOR CHEMICAL SPECIES EXCHANGE IN TROPOSPHERE

Based on the regional acid deposition model(RADM),a high resolution model for species exchange in thetroposphere(EM3)is designed.EM3 differs considerably in the following 5 aspects from RADM.First,the vertical gridlevels in the planetary boundary layer(PBL)are increased.Second,layered vertical eddy diffusivity patterns in thetroposphere(TL)are considered.Third,layered horizontal eddy diffusivity patterns within TL is used.Fourth,new drydeposition velocity pattern including the effect of plant canopy layer(CL)vertical structure is adopted.Fifth,advectivescheme of second-order moment conservation with less numerical diffusion is used.OSCAR 4 case is comparativelysimulated with both EM3 and RADM.The results show that 3-D distribution laws of chemical species in whole TL areforecasted by EM3 better than by RADM.Under the same conditions,all ratios of the central concentrations simulatedwith both models in lower PBL are more than 1.8,the maximum can be more than 3.     

土壤含水量与温度对羊草、大针茅典型草原土壤—植物系统温室气体收支影响的初步研究

本研究首次以我国内蒙古典型草原生态系统为研究对象,以密闭箱法对土壤－植物系统与大气间Ｎ２Ｏ和ＣＨ４气体交换进行了原位观测研究,通过结合实验室模拟实验研究表明,土壤含水量和温度对草原土壤－植物系统温室气体（Ｎ２Ｏ和ＣＨ４）排放通量有着重要的影响。在一定范围内,土壤含水量增加促进草原生态系统Ｎ２Ｏ排放和ＣＨ４吸收作用。温度升高促进草原生态系统Ｎ２Ｏ排放,但对ＣＨ４吸收的影响作用不明显。     

Cross-Validation of Open-Path and Closed-Path Eddy-Covariance Techniques for Observing Methane Fluxes

Methane ( ${\mathrm {CH}}_{4}$ ) fluxes observed with the eddy-covariance technique using an open-path ${\mathrm {CH}}_{4}$ analyzer and a closed-path ${\mathrm {CH}}_{4}$ analyzer in a rice paddy field were evaluated with an emphasis on the flux correction methodology. A comparison of the fluxes obtained by the analyzers revealed that both the open-path and closed-path techniques were reliable, provided that appropriate corrections were applied. For the open-path approach, the influence of fluctuations in air density and the line shape variation in laser absorption spectroscopy (hereafter, spectroscopic effect) was significant, and the relative importance of these corrections would increase when observing small ${\mathrm {CH}}_{4}$ fluxes. A new procedure proposed by Li-Cor Inc. enabled us to accurately adjust for these effects. The high-frequency loss of the open-path ${\mathrm {CH}}_{4}$ analyzer was relatively large (11 % of the uncorrected covariance) at an observation height of 2.5 m above the canopy owing to its longer physical path length, and this correction should be carefully applied before correcting for the influence of fluctuations in air density and the spectroscopic effect. Uncorrected ${\mathrm {CH}}_{4}$ fluxes observed with the closed-path analyzer were substantially underestimated (37 %) due to high-frequency loss because an undersized pump was used in the observation. Both the bandpass and transfer function approaches successfully corrected this flux loss. Careful determination of the bandpass frequency range or the transfer function and the cospectral model is required for the accurate calculation of ${\mathrm {CH}}_{4}$ fluxes with the closed-path technique.