中国通量网(ChinaFLUX)夜间CO_2涡度相关通量数据处理方法研究

利用涡度相关方法连续观测的结果来估算陆地生态系统碳收支“真值”的工作,越来越引人注目．但是在后期的数据(特别是夜间观测数据)处理过程中,涡度相关方法会出现许多的不确定性问题．目前在世界范围内,用涡度相关方法测定的有效和可靠的夜间CO2通量数据占所有夜间数据的比例很低(通常低于50％)．因此,夜间CO2通量数据的处理以及分析其对生态系统碳收支估算的影响是一个非常关键的问题．简要分析和讨论了用涡度相关方法观测的夜间CO2通量数据失真的可能原因,介绍了目前国际上处理夜间CO2通量数据所采用的理论和一般方法,并结合中国通量网(ChinaFLUX)部分台站的观测数据,提出了一种可以根据夜间CO2通量与摩擦风速的相关关系来客观确定摩擦风速阈值的方法——平均值检验法(AVT),并以禹城站和长白山站数据为例,分析讨论了不同夜间数据处理方法对夜间CO2通量产生的影响．最后还在查阅相关文献的基础上,对ChinaFLUX不同台站的数据插补方法和经验方程进行了汇总．     

长白山阔叶红松林CO_2通量季节和年际变化特征及控制机制

老龄林碳代谢的长期测定对于预测其在未来气候条件下的碳收支状态,减小陆地生态系统碳收支的不确定性十分重要．本研究使用连续两个生长季节(2003和2004年)的涡度相关CO2净交换通量测定和常规气象资料分析平均林龄200年的长白山阔叶红松林生态系统(128°28′E, 42°24′N,中国吉林省)FNEE及其主要成分FGPP与Re的季节和年际变化特征及环境和生物因子对其的影响．通量数据进行了平面坐标旋转,储存项和μ*修正．叶面积指数和温度分别控制着该生态系统FGPP和Re的季节动态和年际差别．水汽压亏缺和气温在更小尺度上调节生长季节的生态系统光合生产,根部水分条件显著影响生态系统冬季维持性的碳代谢过程．2003年1月至2004年12月该生态系统累计截获碳-449 g C·m-2,其中2003和2004年分别为-278和-171 g C·m-2．这两年FGPP和Re分别为-1332,-1294 g C·m-2和1054,1124 g C·m-2．这显示老龄森林可以成为强的碳汇．受环境因子调控,长白山阔叶红松林生态系统的碳代谢表现出显著的季节和年际差异．冬季该生态系统存在弱的光合作用,但总体上向大气释放CO2．春秋季节碳代谢非常活跃,但生态系统吸收和释放几乎相同数量的碳,对全年碳截获贡献并不显著．夏季碳代谢对该生态系统全年碳收支意义重大．90 d的夏季分别贡献全年66．9,68．9％的FGPP和60．4,62．1％的Re．     

全型垂直涡度倾向方程的另一导出形式

地球大气运动同时满足牛顿第二定律与热力学第一定律,利用大气动力与热力方程对热力与动力变量的联系,直接将变形处理后的大气运动方程(涡度方程)与热力学方程结合起来,导出了显式包含热力与动力作用的全型垂直涡度倾向方程。     

2003年淮河汛期一次中尺度强暴雨过程的诊断分析和数值模拟研究

2003年7月4—5日淮河流域发生了一次中尺度强暴雨过程,致使淮河洪水泛滥。这次暴雨过程由中尺度对流系统(MCS)以及因其发展而产生的低涡造成。通过对此次过程的诊断分析和新一代细网格WRF中尺度预报模式的数值模拟,研究了这次过程发生发展的机制。模拟结果较好地描述了本次暴雨及中尺度系统发生、发展的时空演变过程。分析结果表明:此次移动性暴雨过程的前期由不断向东移动发展的MCS造成,后期降水则由低涡切变线产生的中尺度低涡引起。同时,副热带高压明显偏西偏北,并维持较长时间,造成雨带一直维持在淮河流域。高层辐合中心的加强使低空急流不断增强,低空急流的增强进而引起低层辐合的加强,而低层辐合的加强以及上升运动的潜热释放导致低涡的发生,低涡形成及形成后移动缓慢,造成了淮河流域的大暴雨。高层中尺度辐散区的抽吸对低层中尺度涡旋的发生发展起到了促进和加强的作用。低层的中尺度辐合场和高层的中尺度辐散场的发展与耦合对中尺度系统的发展有很好的预示作用。低层中尺度辐合区的减弱预示着系统的衰减,西南偏西的中层相对干冷空气侵入并在梅雨锋前缘下沉促进了系统的衰减。     

千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量的季节变异特征

作为中国陆地生态系统通量网络(ChinaFLUX)的组成部分, 利用涡度相关技术对千烟洲中亚热带人工林生态系统CO₂ 通量进行了长期观测. 本研究集中探讨了千烟洲人工林2003年和2004年净生态系统CO₂交换量(NEE)、生态系统呼吸(R_e)和总生态系统CO₂交换量(GEE)的季节变异特征及其源汇状况与强度. 研究结果表明: (ⅰ) NEE, R_e和GEE具有明显的季节变化趋势且密切相关, 冬季和干旱期量级较低而夏季量级较高. (ⅱ) 光照、温度和水分条件是控制千烟洲人工林生态系统NEE, R_e和GEE季节动态的主导因素. 光照是控制NEE的主要因素, 而温度和水汽压差共同影响着NEE, 但水汽压差对NEE的影响作用更强. 在适宜光照条件下, 干旱胁迫会造成千烟洲人工林生态系统碳吸收的适宜温度范围明显降低. 温度和降水的协同作用共同控制着R_e. (ⅲ) 2003年和2004年千烟洲人工林生态系统NEE, R_e和GEE分别为-387.2和-423.8 g C·m^-2, 1223.3和1442.0 g C·m^-2, -1610.4和-1865.8 g C·m^-2, 这表明千烟洲人工林生态系统具有较强碳吸收能力.     

中亚热带季节性干旱对千烟洲人工林生态系统碳吸收的影响

千烟洲中亚热带人工林生态系统受典型亚热带大陆性季风气候影响,其特点是年水热资源丰富,但是夏季水热资源分布明显不同步,经常受到季节性高温干旱胁迫的影响.作为中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲人工林生态系统CO2通量进行了长期连续的观测.本研究基于2003和2004年月尺度的净生态系统生产力(NEP)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统生产力(GEP)数据,初步分析和探讨了季节性干旱对生态系统碳吸收的影响.结果表明,2003和2004年该生态系统的碳吸收都呈现双峰曲线式的季节变化模式.生态系统碳平衡的两个组分Re和GEP的耦合关系决定了生态系统的碳吸收特征.生态系统碳吸收的降低程度取决于季节性干旱期间温度升高和降水量减少的耦合程度.Re和GEP都会受到干旱胁迫的影响,但是响应的方式与程度有所不同,是造成森林生态系统源/汇强度变化的根本原因.     

西藏高原草原化嵩草草甸生态系统CO2净交换及其影响因子

了解生态系统CO2净交换(NEE)的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于生态系统碳循环过程机理的理解以及大尺度过程的模拟.本研究利用涡度相关技术对位于西藏高原腹地的、世界海拔最高的草地碳通量观测站的NEE及生物和环境因子进行近3年观测,阐明NEE及其组分的动态变化特征和影响因子.草原化嵩草草甸生态系统碳吸收的最大值出现在8月,最大碳排放出现在11月,在生长季初的6月,受降水和植物返青快慢的影响,会出现生态系统碳吸收或排放的年际差异,7～9月表现为碳吸收,其余月份均为碳排放.在生长季,白天的NEE主要受光合有效辐射变化的控制,同时又与叶面积指数交互作用,共同调节光合速率和光合效率的强度.生态系统呼吸主要受温度的控制,同时也受到土壤含水量的显著影响,呼吸商(Q10)与温度呈负相关,而与土壤含水量呈正相关关系.生长季昼夜温差大并不利于生态系统的碳获取.10℃时标准呼吸速率(R10)与土壤水分、温度、叶面积指数和地上生物量呈正相关关系.降水格局影响了土壤水分动态,土壤含水量会显著影响生态系统呼吸的季节变化.生长季初和末期的脉冲性降水会导致生态系统呼吸的迅速上升,从而导致生态系统碳的流失.西藏高原草原化嵩草草甸生长季短,温度低,致使生态系统的叶面积指数偏低,生态系统碳吸收较少,降水格局引起的土壤湿度动态和脉冲性降水将对生态系统呼吸产生了重要影响,从而会影响到生态系统的碳收支水平.     

亚洲夏季风爆发与热源强迫下的热带大气Rossby波

对南海夏季风爆发前的风场和局地对流凝结加热强迫作用进行了合成分析, 表明南海夏季风爆发前局地对流凝结加热作用对与南海夏季风爆发密切相关的低频涡对的产生起着重要作用.然后, 从动力学的角度研究了带有外部热源强迫的赤道β平面上的Rossby波, 利用Gardner-Morikawa变换和摄动展开方法, 得到了热源强迫下描写赤道Rossby的mKdV方程, 进而得到了不同热源形式下切变气流中赤道非线性Rossby波的解析解.结果表明, 不同类型的热源对赤道Rossby波的结构起着非常重要的作用, 同时也为南海夏季风爆发前低频涡对的形成给出了一种动力学解释.     

北极海冰和北半球500hPa极涡的相互关系

利用NCEP/NCAR 2.5°×2.5°的500 hPa高度场月平均再分析资料和1°×1°的海冰资料分别计算了北半球500 hPa极涡面积、极涡强度指数和北极海冰面积指数,分析了它们的经向分布、周期变化以及长期变化趋势中的突变。结果表明,海冰和极涡在经向分布上有明显差异,就东西半球而言它们的相对位置也不一样。除了都具有4个月、准半年、准1 a、4~5 a和10 a的共同周期外,还呈现出各自的周期变化。北极海冰面积自20世纪80年代以来呈明显减小趋势,北半球极涡面积也呈减小趋势,但是它们发生突变的时间却完全不同。海冰与极涡面积有显著的正相关关系,但海冰和极涡强度、极涡面积和极涡强度之间的关系却纷繁复杂。     

陕西2005-03-10强寒潮天气过程分析

本文利用MM5模式,采用数值模拟方法,诊断分析了北京“12.7”强降雪的发生机理,发现500hPa湿位涡与降雪区有较好的相关性