珠海凤凰山常绿阔叶林CO2通量与光合有效辐射及气象因子的关系

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO₂通量与光合有效辐射的关系,提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO₂通量的水平,本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ,对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5月4日间的通量、辐射和气象观测资料进行分类;分析了在干、湿季的不稳定(ζ<-0.1)、中性(-0.1≤ζ≤0.1)和稳定(ζ>0.1)三种大气稳定状态下,珠海凤凰山常绿阔叶林昼间CO₂通量与光合有效辐射的关系,以及冠层上方气温、相对湿度、饱和水汽压差和浅土层土壤含水量的年变化特征;在此基础上,利用偏最小二乘回归法确定CO₂通量变化的主要气象影响因子,并通过气象因子修正了CO₂通量和光合有效辐射的关系。结果表明：在干季和湿季不同稳定度下,CO₂通量与光合有效辐射之间存在一种非线性关系,随着光合有效辐射的不断增加,森林对CO₂的吸收能力先迅速增强,之后逐渐平缓;在线性方程、对数方程和Mi...     

长江三角洲地区净生态系统二氧化碳通量及浓度的数值模拟

净生态系统碳通量(NEE)的计算对于准确模拟区域碳通量和大气CO₂浓度的时空变化至关重要。本文利用中尺度大气-温室气体耦合模式WRF-GHG(Weather Research and Forecasting Model with Greenhouse Gases Module),对2010年7月28日至2010年8月2日期间影响长江三角洲地区大气CO₂浓度及时空分布的各种过程进行了详尽模拟。结果表明,植被光合呼吸模型(VPRM)能模拟不同植被下垫面NEE的日变化;WRF-GHG模拟的大气CO₂浓度日变化与观测相吻合,但低估了大气CO₂浓度5~15 ppm(ppm表示10-6),这可能与人为排放源的低估、VPRM参数的不确定性以及气象场模拟的不准确性有关。太湖和植被覆盖较好的地区如浙江北部山区是该地区的主要碳汇,而城市为CO₂的主要排放源。太湖和陆地生态系统对区域内碳循环起到一定的调节作用,减缓区域大气CO₂浓度的升高。此外,局地气象条件如湖陆风对太湖周边地区大气CO₂浓度有显著影响。     

基于通量方差法对青藏高原东侧高寒草甸地表通量的估算

利用位于青藏高原东侧理塘大气综合观测站2008年观测资料,分析了高寒草甸下垫面上地表通量的时间变化特征,确定了温度、水汽和CO₂的归一化标准差在不稳定情况下随稳定度变化的通量方差关系,应用通量方差法对感热、潜热和CO₂通量进行了计算,并与涡旋相关系统的观测结果进行了比较。结果表明：地表通量月平均日变化呈较为规则的日循环特征,季节变化特征也很明显,雨季（5-9月）潜热大于感热,干季则以感热为主,CO₂通量以6-9月值最大。在不稳定条件下,温度、水汽和CO₂的归一化标准差随稳定度的变化均满足-1/3规律,其通量方差相似性常数分别为1.2,1.4和0.9。通量方差法估算出的通量值与涡旋相关观测得到的通量值有较好的一致性,但感热通量的效果优于潜热通量和CO₂通量。该方法高估了感热通量尤其是潜热通量,而低估了CO₂通量。采用直接观测的感热通量值计算潜热通量和CO₂通量可改善计算结果。     

上海中心城区二氧化碳通量特征分析

利用位于上海中心城区徐家汇站的涡动相关湍流通量资料,对该区域2012年12月至2013年11月二氧化碳（CO₂）通量的时间变化、空间分布特征、年总排放量进行分析。结果表明：中心城区徐家汇为CO₂通量的源区,CO₂通量的日变化呈现与交通流量相对应的双峰现象,冬季的通量值普遍小于其他季节,尤其在早高峰时段更为明显。节假日CO₂通量的早高峰效应并不明显,其峰值明显低于工作日,且有滞后的趋势。各方向CO₂通量大小与其周边下垫面情况密切相关,夏季白天在商业建筑密集区和主要道路处,CO₂通量明显高于其他季节。上海中心城区CO₂通量的年总排放量为44.5 kg/（m²·a）,高于国内外其他城市的市中心或高密度住宅区的数值,这主要和观测时段相对偏晚、植被覆盖率偏低、周边高层建筑和主干道偏多有关。     

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。     

广州亚运会期间鼎湖山站大气污染特征

为了解广州亚运会期间华南区域大气质量状况以及气象条件对区域本底浓度值的影响,2010年11月对鼎湖山站主要污染物NO_x,SO₂,O₃,PM₁₀和PM_2.5进行了连续在线观测。利用MICAPS,NCEP FNL资料及后向轨迹模拟对观测时段大气污染物变化特征进行了分析。结果表明:观测时期鼎湖山区域NO₂,SO₂和O₃平均体积分数分别为 (7.2±3.1)×10-9,(8.5±3.8)×10-9和 (28.7±9.8)×10-9。PM₁₀和PM_2.5的月平均质量浓度分别达到113 μg·m-3和81 μg·m-3,PM_2.5超标日数达13 d (标准为世界卫生组织第1阶段值,日平均值为75 μg·m-3)。不同时段日变化分析表明,广州亚运会期间高值时段 (定义为PM_2.5质量浓度超过世界卫生组织的IT.1标准的时段) NO_x和O₃平均体积分数为13.2×10-9和20.9×10-9,较2009年同期分别下降了41.3%和10.7%。不利气象要素影响和污染物区域传输作用是形成珠江三角洲区域大气本底 (鼎湖山地区) 细粒子污染偏高的主要原因。     

华南农田下垫面地气交换和能量收支的观测研究

利用2004年11月至12月在广东省惠州地区进行的湍流连续观测资料,分析非均匀农田近地面层的基本气象要素特征以及水汽和CO2的浓度与通量输送规律,作为今后深入探讨地表非均匀性效应的基础.通过各辐射分量和感热、潜热与土壤热通量的特征分析,研究能量收支的基本状况,并讨论了造成显著能量"不平衡"的原因.观测的基本结果是:(1)近地面1.8 m高度处以北风为主,风速大多低于2 m/s,正午入射太阳辐射约700 W/m2;CO2浓度的日变化范围为600～900 mg/m3,水汽为5～25 g/m3.(2)各气象要素呈现明显的日变化,当地温度日较差约10℃,相对湿度始终高于50%.CO2和水汽的浓度在夜间较白天高,二者的日平均值为713.7 mg/m3和15.9 g/m3;利用涡旋相关法,测得二者的通量在白天高于夜间,日平均值为25.3 mg·m-2·s-1和-4.7×10-2mg·m-2·s.当地的日平均波文(Bowen)比仅为0.04,这主要是由于当地的高湿度造成的.(3)当地存在显著的能量"不平衡"现象,正午时的差额热通量可高达150 W/m2,这可能与平均垂直运动输送的作用、观测误差以及通量和辐射观测的"源地"不匹配等原因有关.研究结果与荒漠、城市和稻田下垫面的观测事实进行了定量比较.     

水稻不同生长期稻田能量收支、CO2通量模拟研究

利用国家自然科学基金重大项目“长江三角洲低层大气物理化学过程与生态系统的相互作用”野外观测资料，将1999年常熟稻田水稻四个不同生长期（插秧、拔节、抽穗和成熟）的太阳辐射、水汽压、气温和水平风速及降水作为简化生物圈（SiB2）模式的5个强迫变量，在合理设计模式参数的前提下，分别模拟了上述四个阶段的能量收支、CO₂通量。模拟结果表明:在水稻不同生长阶段的感热、潜热和下垫面热通量占净辐射的比例不同；CO₂通量的模拟结果与1996年国际稻田试验结果相似。该研究为利用自动气象站网的资料估计各站能量收支、CO₂通量、土壤水分平衡、以及土壤温度廓线提供了新证据。     

不同陆地生态系统碳通量对GEOS-Chem模型模拟全球CO2浓度的影响

大气中CO₂含量的增加速率已经超过了自然界所能吸收的速度,并逐步影响到全球气候变暖。利用模型模拟分析已经成为一个重要的工具用以深入对碳循环的理解。本文使用2008～2010年的生物模型SiB3（Simple Biosphere version 3）与优化后的CT2016（Carbon Tracker 2016）陆地生态系统碳通量驱动GEOS-Chem大气化学传输模型模拟全球CO₂浓度。通过分析模拟CO₂浓度的空间分布与季节变化,加深对全球碳源汇分布特点的理解,探究陆地生态系统碳通量不确定性对模拟结果的影响,进而认识陆地生态系统碳通量反演精度提升的重要性。SiB3与优化后的CT2016陆地生态系统碳通量都具有明显的季节变化,但在欧洲地区碳源汇的表现相反,其全球总量与空间分布也存在极大的不确定性。模拟CO₂浓度结果表明:在人为活动较少地区,陆地生态系统碳通量对近地面CO₂浓度空间分布起主导作用,尤其在南半球和欧洲地区模拟浓度有明显差异,且两种模拟结果的季节差异依赖于陆地生态系统碳通量的季节变化。将模拟结果与9个观测站点资料进行对比,以期选用合适的陆地生态系统碳通量来提升GEOS-Chem模拟CO₂浓度的精度。实验结果表明:两种模拟结果均能较好的模拟CO₂浓度的季节变化及其峰谷值,但CT2016模拟的CO₂浓度在多数站点处更接近观测资料,模拟准确性更高。     

利用条件采样法在常熟稻田测定N2O大气垂直通量初步观测结果

1999年在常熟农业生态站试验稻田于水稻主要生长季, 利用进口的条件采样装置对水稻低层大气N₂O的垂直通量进行了观测, 并在2000年做了补充观测。结果如下:各生长季测定的N₂O垂直通量值最多出现在0～2.0 mg·m-2·h-1之间;N₂O垂直通量平均日变化最大值出现在下午;插秧期和收割后N₂O垂直通量是各个生长季中最小的;观测到N₂O负通量现象的出现;在稻田用条件采样技术观测到的低层大气N₂O垂直通量大于国内用箱式法观测报道的土壤N₂O排放通量。     

Seasonal and interannual variations of carbon exchange over a rice-wheat rotation system on the North China Plain

Rice-wheat (R-W) rotation systems are ubiquitous in South and East Asia, and play an important role in modulating the carbon cycle and climate. Long-term, continuous flux measurements help in better understanding the seasonal and interannual variation of the carbon budget over R-W rotation systems. In this study, measurements of CO2 fluxes and meteorological variables over an R-W rotation system on the North China Plain from 2007 to 2010 were analyzed. To analyze the abiotic factors regulating Net Ecosystem Exchange (NEE), NEE was partitioned into gross primary production (GPP) and ecosystem respiration. Nighttime NEE or ecosystem respiration was controlled primarily by soil temperature, while daytime NEE was mainly determined by photosythetically active radiation (PAR). The responses of nighttime NEE to soil temperature and daytime NEE to light were closely associated with crop development and photosynthetic activity, respectively. Moreover, the interannual variation in GPP and NEE mainly depended on precipitation and PAR. Overall, NEE was negative on the annual scale and the rotation system behaved as a carbon sink of 982 g C m-2 per year over the three years. The winter wheat field took up more CO2 than the rice paddy during the longer growing season, while the daily NEE for wheat and rice were -2.35 and -3.96 g C m-2, respectively. After the grain harvest was subtracted from the NEE, the winter wheat field became a moderately strong carbon sink of 251-334 g C m-2 per season, whereas the rice paddy switched to a weak carbon sink of 107-132 per season.     

2010年长江三角洲临安本底站PM2.5理化特征

2010年在代表长三角区域背景地区的浙江省临安区域大气本底站开展了对大气细粒子PM_2.5为期1年的地面观测,并对细粒子中水溶性离子和碳组分的季节变化特征进行了分析。临安2010年大气中PM_2.5质量浓度平均为 (58.2±50.8) μg·m－3,PM_2.5质量浓度季节变化明显。利用HYSPLIT4模式计算了2010年临安72 h后向轨迹,根据轨迹计算与聚类结果,结合地面观测的PM_2.5数据进行了分析。研究表明:临安地区因受到长江三角洲区域及偏北气流引起的污染传输影响,呈现出高细粒子水平特征。PM_2.5中总水溶性离子年平均质量浓度为 (28.5±17.7) μg·m－3,占PM_2.5质量浓度的47%。其中,气溶胶组分SO₄2-,NO₃-和NH₄+所占比例最大,共占总水溶性离子的69%。PM_2.5中有机碳和元素碳的年平均质量浓度分别为 (10.1±6.7) μg·m－3和 (2.4±1.8) μg·m－3。有机碳和元素碳质量浓度显著相关,表明有机碳和元素碳主要来自相同的排放源。     

中国西北干旱区戈壁下垫面夏季的热力输送

以敦煌戈壁站2004年6月和2008年8月的常规观测和超声观测为例,分析了西北干旱区戈壁下垫面夏季热力输送的一般过程及特征。首先评价了湍流通量的观测质量以及仪器观测的地表能量通量闭合问题,结果表明敦煌戈壁站的观测在白天总体较好。夏季地表能量通量的平均日变化显示,潜热通量整天都很小,可以忽略,白天到达地表的短波辐射以及地表向上的长波辐射非常强,地表净辐射主要转化为感热输送（敦煌戈壁站在中午时平均分别达380W·m-2以上和250W·m-2以上）;夜间土壤释放热量以平衡地表的辐射冷却,感热通量略低于0。白天时地表大气经常触发自由对流活动,影响动量通量的观测质量,并有效输送地表热力至上层大气中,有助于形成超厚大气边界层。分析了戈壁下垫面的动量粗糙度特征和热力粗糙度特征（敦煌戈壁站动量粗糙度约为0．6mm）,热力粗糙度基本小于动量粗糙度一个量级,这符合目前对干旱区戈壁下垫面热力输送特征的初步认识。     

夏季西藏4个站点大气向下长波辐射观测分析

对2011—2016年部分夏季时段分别在西藏那曲、拉萨、林芝和阿里观测的大气向下长波辐射（L_↓）进行分析,结果显示:L_↓具有明显的日变化,最大值出现在北京时间15:00前后,而最低值出现在凌晨至10:00,日平均值林芝最高（368 W·m-2）,其次是拉萨（319 W·m-2）、阿里（305 W·m-2）和那曲（299 W·m-2）。晴天L_↓ ?ngstr?m（1915）的经验公式最适合林芝,而Konzelmann（1994）的公式则适合那曲、拉萨和阿里;随着人工观测总云量的增加,L_↓增强趋势明显,满云（云量7~10成）情形4个站点云增强效应均从20 W·m-2上升至50 W·m-2以上,低云量对L_↓的增强效应明显高于总云量。云份额数（C_F）上升所对应天顶方向平均云底高度下降,但云增强效应上升。在晴天（C_F为-5%~5%、平均云底高度大于4 km）时,云增强效应仅为5 W·m-2左右（林芝接近20 W·m-2）,但当C_F为90%以上（云底高度小于3.5 km）时,云增强效应则上升到60 W·m-2（林芝接近50 W·m-2）。固定云底高度,C_F与L_↓云增强效应呈显著相关（r2为0.91~0.97）,远高于云底高度与L_↓云增强效应的相关（r2为0.32~0.58）。     

上海郊区二氧化碳通量特征分析

利用上海郊区奉贤的涡动相关通量观测资料,对2015年9月至2016年8月二氧化碳(CO2)通量的时空分布特征、年总排放量进行了分析.结果表明,上海奉贤春、夏、秋季的9-14时CO2通量几乎全为负值,冬季CO2通量则全天均为正值.奉贤CO2通量没有明显的周末效应.植物光合作用是影响奉贤CO2通量时间变化特征的主要因素.各...     

青藏高原东部拉萨河下游地区大气湍流交换特征研究

地气之间物质和能量随湍流运动进行输送,涡度相关技术是研究地气交换过程和评估大气资源的重要手段,它对湍流特征和精确的通量观测研究具有重要的作用.本研究利用拉萨蔡公堂通量站的闭路涡度相关系统,观测了 2020年8-11月青藏高原东部拉萨河下游地区典型高寒草甸下垫面的通量特征,并分析了该区域生长季和非生长季不同大气稳定条件下...     

Uncertainty in projections of the South Asian summer monsoon under global warming by CMIP6 models: Role of tropospheric meridional thermal contrast

本文基于第六次国际耦合模式比较计划共18个模式的工业革命前实验和CO₂浓度突然四倍实验,发现在CO₂四倍强迫下,南亚夏季风环流呈显著减弱趋势,但减弱强度存在较大模式间差异.利用Webster-Yang指数和经向哈得莱环流指数的下降趋势表征SASM减弱强度,发现该下降趋势与欧亚大陆-印度洋之间对流层上层经向温度梯度的变化值(EUTT-IUTT)高度相关.进一步利用气候反馈-响应分析方法进行分析,发现EUTT-IUTT变化的模式间差异主要来自于大气动力过程,其次是云的短波辐射效应的贡献.地表潜热通量和云的长波辐射效应缩小了EUTT-IUTT变化的模式间差异.