黄河灌区水热通量的观测与分析

为解决农田节水问题,进行了田间水热通量观测和水热耦合循环过程机制分析。观测系统主要包括:常规气象、辐射、涡度相关法观测系统以及土壤水分观测剖面。该系统能够连续和稳定地观测土壤-植物-大气连续体中的水热循环过程,涡度相关法观测数据具有与国际同类观测一致的精度。对2005年山东省位山引黄灌区冬小麦和夏玉米生长期内水热平衡的分析表明:当叶面积指数较大时潜热是农田能量消耗的主要方式;在冬小麦返青至收割期内作物耗水略小于供水,而在玉米生长期内供水远大于作物耗水,灌区供水充分。     

箱法和涡度相关法测碳通量的比较研究

对箱法和涡度相关法测定碳通量进行了比较分析,指出了两种方法的理论基础及其实际应用等各方面的优缺点。其箱法原理简单、仪器价格便宜、操作容易、移动便利、灵敏度高,适宜进行小尺度测量。是生态系统机理方面研究的有力工具,是农田和草地等生态系统碳通量测量的主要方法;但是由于箱法效应的存而削弱了观测气体的空间变化性,箱体本身会扰动土壤环境而改变CO2浓度梯度、气压梯度、湍流震动和气流,从而影响测定的通量值。涡度相关法对观测环境不会造成扰动,能够得到长期连续的通量数据,可以用来测定较大尺度的下垫面通量;但是涡度相关技术在观测时仍然受限于一些环境条件：上风向没有足够的下垫面,晚间大气比较稳定,湍流较弱,测定仪器下方存在点源等因素都可以造成涡度相关技术测定精确性的降低。     

农田土壤生态系统冬小麦夏玉米轮作CO2排放特征研究

采用静态箱法对旱地农田冬小麦-夏玉米轮作生态系统CO2排放进行了定位观测,并利用气象色谱进行分析而研究了北方地区典型旱地农田土壤CO2排放特征.结果表明,旱地农田土壤冬小麦-夏玉米轮作期间CO2的平均排放通量由大到小依次排列为:无机-有机肥配合施用的处理110.78 mg·m-2·h-1,单施无机肥处理79.58 mg·m-2·h-1,无追肥处理74.20 mg·m-2·h-1,休闲地54.91 mg·m-2·h-1.作物生长状况与土壤温度是影响土壤呼吸强度的主要因素,而试验数据分析结果表明土壤可溶性有机碳(DOC)与CO2排放通量无直接关系.其中,小麦拔节期、玉米的拔节期到喇叭口期的土壤CO2排放通量均较高.     

陆地生态系统碳通量观测方法的研究进展

简述了陆地生态系统碳通量观测的主要方法——空气动力学法、热量平衡法和及涡度相关法的研究进展，重点介绍了目前国际上的主流方法涡度相关法的理论、原理、应用以其发展过程和当前应解决的技术难题。该方法已成为现阶段直接测定大气与群落CO2交换通量的唯一方法，也是世界上CO2通量测定的标准方法。     

我国春小麦物候变化及其与水热气候条件的关系研究

作物物候对气候变化非常敏感,但是全国范围内对春小麦物候及其与水热气候条件对应的关系研究仍然不足.本研究利用农业站点观测的物候数据和气象站点观测的气温及降水数据,联立分析春小麦生长过程的关键物候时空变化情况,并探讨气候与物候直接的相关关系.结果显示:2000—2013年我国春小麦生长期以及生长期内的平均温、降水量增减变化的站点数量没有明显差异;春小麦生长期长度变化与平均温之间总体呈负相关;全国平均温每升高1℃春小麦生长期缩短3.14天,但是春小麦生长期长度基本不受到降水量变化的影响.此外,人为耕作日期的选择对物候期起始的影响也包含在该研究中.该研究完整地报道温度、水分等气象要素对作物生长发育过程的影响,结果可以为更好地制定种植措施、安排种植时间提供科学的参考依据.     

贵州省主要秋粮作物耗水规律的研究

本文把土壤－作物－大气视为一个连续体，应用农田水平平衡方程及人工控制下的大田盆栽试验，分别对贵州省玉米和水稻的总耗水理以及耗水量随时间的变化规律进行了研究。指出省内各地应根据当地干旱气候规律，采取作物合理布局，优化灌溉的必要性。     

大庆市农田土壤水分盈亏特征分析

为正确评价农业水资源,趋利避害,本文对针对农田水分平衡中主要因子-蒸发和降水特征进行分析得出:耗水稳定,供水不足;并计算了生长季农田水分盈亏量,为蓄水和制定合理的灌溉方案提供重要科学依据,可操作性强.     

丘陵旱地冬小麦大田和原状土柱模拟耗水量研究

在丘陵旱地对冬小麦进行了大田和原状土柱模拟耗水量研究.结果表明:在大田情况下,小麦4500～6000 kg/hm2产量水平,耗水量216.3～345.2 mm,播种-返青、返青-抽穗、抽穗-成熟不同生育阶段耗水分别占总耗水量的25.9%～36.9%,22.0%～31.1%,31.9%～52.2%,但年际间变幅较大;小麦拔节以后耗水量和耗水强度明显增加,拔节期、灌浆期是小麦两个重要的水分需求期.原状土模拟情况下,冬小麦总耗水量中,丰水年型自然降水占77.2%,平水年型自然降水占67.1%,缺水年型自然降水占64.0%.从作物阶段耗水测定结果看,丰水年型情况下,冬小麦存在奢侈耗水现象;平水年型自然降水能基本满足冬小麦水分需求,突出问题是阶段性、间隙性水分缺乏;缺水年型情况下,自然降水不能满足冬小麦的水分需求,突出问题主要表现为一是水分状况制约着冬小麦正常播种和出苗,二是水分供应状况影响作物的生长发育进程.     

大气降水环境下玉米生长期旱涝频率及防御对策

以作物生长期内供需水量比作为作物旱涝等级指标,通过对聊城市1961—2010年玉米生长期内的大气降水统计资料的分析,明确了鲁西平原地区玉米生长期内大气降水的多寡对夏玉米正常生长的影响,确定了符合玉米生长期的旱涝年景评价指标.根据旱涝指标,明晰了玉米生长期内的旱涝变化频率特征:旱涝灾害频繁,50 a中玉米生长期内出现干旱32 a,出现频率为64%.雨涝年6 a,出现频率为12%.干旱和雨涝年的频率为76%,即在大气降水环境下,玉米生长期内发生旱涝的概率大于十年七遇;作物生长期内旱涝频率各年代逐渐增大,作物因旱涝受灾呈现出明显加重的趋势,对农业生产和粮食安全的威胁愈加突出,对生态农业建设构成较大威胁.结合作物生长期内大气降水的多寡导致的旱涝频繁的特征,提出了做好抗旱涝防减灾工作的对策.     

陇中玉米农田生态系统水分利用效率及其影响因素

以涡度相关技术为基础,研究了半干旱区玉米农田生态系统2015年生长季水分利用效率的日季变化规律以及对主要影响因子的响应.结果表明:生长季总生态系统生产力、蒸散发和水分利用效率均呈单峰曲线,生长季均值分别是12.62 g/(m~2·d)、2.77 mm/d、4.71×10~(-3);水分利用效率在4个生育期的日变化均呈"U"型,成熟期灌浆期拔节期苗期;整个生长期水分利用效率与饱和水汽压差和冠层导度呈对数负相关关系,与光合有效辐射呈线性负相关关系,与气温基本呈对数正相关关系,这些关系在成熟期均得到较好的体现,与土壤含水量在4个生育期均无显著相关关系.     

高精度称量式蒸渗仪数据处理方法研究?

蒸散发是地表能量循环与水循环的关键环节,蒸渗仪则是获取蒸散发量最为准确的仪器.但受到仪器噪声、风压等因素的影响,蒸渗仪数据在计算蒸散发量时会出现误差.本文通过对误差来源的分析,结合数据筛选阈值与数据平滑窗口大小的选择,给出蒸渗仪数据处理的一般流程,在此基础上分析了蒸渗仪观测蒸散发的季节变化,并与涡动相关所观察结果进行了对比.结果表明:本文的方法可以有效处理蒸渗仪数据,并解决了数据头尾作差计算而导致的蒸散量高估的问题,同时准确地计算蒸散发量;计算结果显示出怀来地区作物生长季内的蒸散规律——作物生长期间由于作物蒸腾作用,种植玉米蒸渗仪的蒸散发要高于裸土蒸渗仪的蒸散发,而生长末期由于蒸渗仪对桶内土壤水分的消耗,则呈现出相反的结果;同时,蒸渗仪观测结果与涡动相关仪观测结果也有良好的一致性,其之间的差异是由于灌溉不同步以及各自代表性不同所造成.     

多探头涡流检测系统的设计与实现

介绍了一种共享式多探头涡流检测系统。利用涡流探伤仪的一个励磁信号源同时长距离驱动多个检测探头,与励磁信号源对应的信号处理通道对多路检测信号进行巡回处理,可大大提高系统效率,减少系统结构的复杂性。该系统的检测灵敏度、信噪比和探头间隔离度均满足实际检测需要,可作为标准涡流检测系统的通道扩展接口使用。实际应用于抽油杆的无损探伤,效果较好     

频散效应对自由大气能量输送的影响

本文应用扩大的Ｐｒａｎｄｔｌ混合长理论分析自由大气中的Ｒｅｎｏｌｄｓ平均运动方程组，着重分析了频散效应对自由大气大迟度运动能量输送的影响。分析指出：频散效应的自由大气中能量由扰动动能向平均动能转换（即能量逆转）的根本原因；正压大气能量逆转只能在扰动的尺度小于临界迟度Ｌｃ时才能发生；斜压大气能量逆转主要在扰动的厚度小于临界厚度Ｄｃ时发生。不同尺度的扰动与包含和不包含频率散效应的简单模式结果验证了上面     

华南地气感热通量交换系数的估算

利用2009年东莞市气象台涡动能量平衡观测系统的观测数据和常规观测数据,利用一元线性回归的方法对感热交换系数进行估算。结果表明,感热交换系数具有明显的季节变化,春季的感热通量交换系数相对较大,而夏、秋两季的感热交换系数则相对较小。近地面风速越大,感热交换系数越小。华南地区感热交换系数一般在(3.26±1.55)×10-3的范围。     

Observed increase in local cooling effect of deforestation at higher latitudes

Deforestation in mid- to high latitudes is hypothesized to have the potential to cool the Earth's surface by altering biophysical processes. In climate models of continental-scale land clearing, the cooling is triggered by increases in surface albedo and is reinforced by a land albedo-sea ice feedback. This feedback is crucial in the model predictions; without it other biophysical processes may overwhelm the albedo effect to generate warming instead. Ongoing land-use activities, such as land management for climate mitigation, are occurring at local scales (hectares) presumably too small to generate the feedback, and it is not known whether the intrinsic biophysical mechanism on its own can change the surface temperature in a consistent manner. Nor has the effect of deforestation on climate been demonstrated over large areas from direct observations. Here we show that surface air temperature is lower in open land than in nearby forested land. The effect is 0.85 ± 0.44 K (mean ± one standard deviation) northwards of 45° N and 0.21 ± 0.53 K southwards. Below 35° N there is weak evidence that deforestation leads to warming. Results are based on comparisons of temperature at forested eddy covariance towers in the USA and Canada and, as a proxy for small areas of cleared land, nearby surface weather stations. Night-time temperature changes unrelated to changes in surface albedo are an important contributor to the overall cooling effect. The observed latitudinal dependence is consistent with theoretical expectation of changes in energy loss from convection and radiation across latitudes in both the daytime and night-time phase of the diurnal cycle, the latter of which remains uncertain in climate models.     

基于观测误差调整的集合预报同化方法?

集合卡尔曼滤波对预报方差阵的估计不准,导致了滤波发散.为解决此问题,我们从状态与观测的关系出发,提出一种判断预报误差方差阵估计是否准确的准则.在此基础上,我们构建了基于观测误差控制的一种膨胀集合预报同化方法.数据模拟结果表明,与其他膨胀EnKF相比,这种方法能很好地克服滤波发散现象,其均方根误差更小,其长时间估计结果更为稳定,且构造更为简单,计算效率更高,是克服EnKF滤波发散现象的理想途径.     

大涡模拟在水利中的研究进展

大涡模拟作为一种研究湍流流动的有效手段，在国际上已经得到了广泛的应用．本文在介绍了大涡模拟的发展历程及其理论方法的基础上，就国内外大涡模拟在水利中的最新研究成果作了较为详细的阐述和系统的分析，指出了其中应该注意的问题和今后的发展方向。     

安吉毛竹林生态系统水分收支的研究

利用涡度相关技术观测安吉毛竹林生态系统2013年的水汽通量,同时结合降雨量对该生态系统的水分收支数据进行比较和分析,明确其水收支情况及其影响因子,以揭示毛竹林的水分利用能力,进而为其科学栽培和水分管理提供参考.结果显示:毛竹林生态系统全年表现为水汽源,7月份最高(108.85kg·m~(-2)),12月份最低(19.67kg·m~(-2)),但在2月份和6月份存在着小的波谷.全年降水量和蒸散量呈较弱的正相关关系(r=0.145,p0.05),蒸散主要集中于5—8月份,7月份最大,达到108.85mm,而降水较为分散,6月份有最大值,为394.5mm,且全年除了1、7和11月份的蒸散量略高于降水量外,其余各月均较低;不同季节的降雨量从高到低依次为:夏季秋季春季冬季,而蒸散量(水汽通量)则表现为:夏季春季秋季冬季.此外,全年水汽通量受温度的影响较为显著(p0.05),7月份则受温度和饱和水汽压差的双重影响.总之,2013年全年降雨总量达到1 508.5mm,蒸散量为749.07mm,蒸散量占到降水总量的49.7%,全年水分利用效率仅2.1g·kg-1,表明该毛竹林的地表径流较大,水分利用能力偏弱,若进行人工经营和管理,除了考虑环境因子变化外,还须注意合理用水,以避免水资源的浪费.     

Static opaque chamber-based technique for determination of net exchange of CO<Subscript>2</Subscript> between terrestrial ecosystem and atmosphere

Terrestrial carbon cycling is one of the hotspots in global change issues. In this paper, we presented the rationale for determination of net exchange of CO₂ between terrestrial and the atmosphere (NEE) and the methods for measuring several relevant components. Three key processes for determination of NEE were addressed, including the separation of shoot autotrophic respiration from total CO₂ emissions of the ecosystem, the partition of root respiration from soil CO₂ efflux, and the quantification of rhizodeposition C from NPP. With an understanding of the processes involved in the CO₂ exchange between terrestrial and the atmosphere, we estimated NEE of rice ecosystem in Nanjing based on field measurements of CO₂ emissions and several relevant biotic components as well as abiotic factors. The field measurements of CO₂ emissions were made over the rice-growing seasons in 2001 and 2002 with the static opaque chamber method. Calculations indicated that the seasonal pattern of NEE is comparable for two seasons. Either net carbon emission or fractional carbon fixation occurred during 3 weeks after rice transplanting and thereafter net carbon fixation appeared with an increasing trend as rice growing. Higher net carbon fixation occurred in the rice developmental period from elongating to heading. A decline trend in the fixation was documented after rice heading. The mean daily NEE was -6.06 gC·m⁻² in 2001 season and -7.95 gC·m⁻² in 2002 season, respectively. These values were comparable to the results obtained by Campbell et al. who made field measurements with the Bowen ratio-energy balance technique in irrigated rice, Texas USA. Moreover, the mean daily NEE in this study was also comparable to the values obtained from a Japanese rice paddy with the eddy covariance method under the similar water regime, either drainage course or waterlogged. It is concluded that NEE determined by the static opaque chamber method is comparable and in agreement with those measured by Bowen ratioenergy balance and eddy covariance methods.