沙尘直接辐射效应对东亚地气系统的影响

基于东亚-北太平洋地区太阳高度角在春季乃至由冬季到夏季的逐日变化规律, 选取 2001 年春季发生的3 次典型沙尘暴为例, 利用包含详细气溶胶辐射参数化方案的大气辐射传 输模型, 模拟研究了该地区太阳高度角的变化对东亚-北太平洋地区沙尘直接辐射效应的可能 影响. 研究结果表明, 在沙尘暴爆发时间从春初(或冬季)到春末(或夏季)的变化过程中, 由于 该地区太阳高度角逐渐增大, 导致沙尘在大气顶晴空正辐射强迫值增加、负辐射强迫值降低 甚至转变为正强迫. 具体表现为: 在地表反照率低的海洋上空, 春初到春末太阳高度角的增 加使得沙尘在大气顶负辐射强迫的值由大变小, 即对地气系统由较强的降温转变为较弱的降 温作用; 在地表反照率较高的沙漠及其周边地区, 春初到春末太阳高度角的增加导致沙尘在 大气顶辐射强迫由负值转变为正值, 即对地气系统由辐射降温逆转为辐射增温. 云天辐射强 迫的研究结果与晴空类似, 但低云的存在相当于在一定程度上增加了地表反照率, 它一方面 使得沙漠上空沙尘层由冷却地气系统到加热地气系统这一逆转过程发生的日期提前, 也导致 了沙尘在海洋上空负的辐射强迫比晴空时随着太阳高度的增加减小得更为明显, 甚至局部地 区因为低云的存在由弱的负强迫变为弱的正强迫. 这一研究结果说明, 在东亚沙漠附近地区, 即便是同等强度的沙尘暴事件, 因为发生的日期不同, 太阳高度角不同, 沙尘层在大气顶的 辐射强迫和对地气系统的影响也会因此不同甚至相反. 沙尘暴发生的时间越靠近初春或冬季, 在沙漠附近, 沙尘在大气顶辐射强迫越倾向为负值, 对地气系统表现为降温作用, 沙尘暴发 生时间越靠近春末或夏季, 由于太阳高度角的增大, 沙尘在大气顶越容易产生正辐射强迫, 对地气系统表现为增温作用. 简而言之, 即在东亚沙漠源区附近, 沙尘直接辐射效应可能呈 现“春初(冬季)降温, 春末(夏季)增温”的特征.     

浑善达克沙地沙尘气溶胶的物理化学特性

基于春季内蒙古浑善达克沙地, 针对大气气溶胶进行外场采样和元素分析的资料, 对沙尘气溶胶的物理化学性质进行了分析研究. 结果表明, 观测期间气溶胶平均个数和质量浓度分别为274.8 cm^−3和0.54 mg/m³, 晴天分别为31.4 cm^−3和0.07 mg/m³. PM10对沙尘质量浓度起着主导作用. 小粒子占沙尘绝大多数, 沙尘天气半径小于等于4.0 μm的粒子数浓度占到总浓度的93.7%. 沙尘数浓度较大时, 粒子谱分布为双峰, 而较小时却为单峰. Al和Fe等地壳元素主要来自局地土壤源, Pb和S等污染元素主要来自外部污染源, Mo, V和Co来自外部沙尘源. 局地土壤源、远距污染源和外部沙尘源是沙尘气溶胶的主要来源.     

东海陆架坡折小尺度过程观测

2004年3月7日至9日东方红2号船在东海陆架坡折海区进行了温度、盐度和湍动能耗散率的直接观测. 从Turner角的计算结果看, 在水体的上50 m层同时存在着双扩散对流、盐指和层结稳定的区域; 50 m以下, 只存在着弱的盐指现象. 观测站位的湍耗散率的范围从1.0 × 10^-9~1.2 × 10^-6 W·kg^-1, 并且沿着M₂潮的波射线显著增强; 相应的混合率的范围是从1 × 10^-6~1 × 10^-2 m²·s^-1, 整个断面的平均混合率为2.3 × 10^-3 m²·s^-1, 远大于大洋背景场的平均混合率1 × 10^-5 m²·s^-1.     

松嫩草甸草地碱茅群落根呼吸对土壤呼吸的贡献

采用土壤呼吸和根生物量线性回归法估算了松嫩草甸草地碱茅群落生长季节根呼吸对土壤呼吸的贡献量. 土壤呼吸速率6月末达到最大值2.45 μmol·m^-2·s^-1, 9月降至最小值0.39 μmol·m^-2·s^-1. 土壤温度是土壤呼吸季节变化的决定因素. 根生物量变化范围为0.54~0.97 kg·m^-2, 没有显著的季节变化. 微生物碳8月中旬达到最大值, 为0.50 g·m-2. 微生物碳的空间变异非常小, 变异系数不超过5%. 根呼吸速率的季节变化不同于微生物呼吸速率. 根呼吸速率最大值(1.39 μmol·m^-2·s^-1)出现在6月末, 最小值(0.19 μmol·m^-2·s^-1)出现在5月; 微生物呼吸速率最大值(1.27 μmol·m^-2·s^-1)出现在7月, 最小值(0.11 μmol·m^-2·s^-1)出现在9月. 微生物呼吸速率和土壤温度之间具有显著的指数相关, 根呼吸速率和土壤温度之间的相关性不显著. 根呼吸对土壤呼吸的贡献量在春季和夏季为24%~57%, 秋季升至73%.     

三江平原沼泽湿地CO2和CH4通量及影响因子

利用不透明气体采样箱-气相色谱法, 同步测量了三江平原两种主要类型沼泽湿地CO₂通量和CH₄净通量. 三江平原常年积水沼泽湿地生态系统呼吸通量平均值为548.04 mg·m^−2·h^−1, 小于季节性积水沼泽(713.08 mg·m^−2·h^−1); 较大值都集中于7~8月, 即植物生长旺季. CH₄排放规律与生态系统呼吸通量不同, 常年积水沼泽CH₄平均通量值为12.80 mg·m^−2·h^−1, 大于季节性积水沼泽(8.56 mg·m^−2·h^−1), 且高值区分布时段也不同. 7~9月是常年积水沼泽CH₄主要排放期, 而季节性积水沼泽CH₄主要排放期为8月下旬至9月中旬. 沼泽湿地生态系统呼吸通量与0~10 cm土壤温度及湿地积水水温呈显著正相关关系, CH₄排放通量与土壤温度相关关系并不十分显著, 地表水水位和土壤温度的综合作用决定沼泽湿地CH₄排放特征.     

青藏高原高寒灌丛CO2通量日和月变化特征

采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO₂通量进行连续观测的结果表明, 青藏高原高寒灌丛CO₂通量呈明显的日和月变化特征. 就日变化而言, 暖季(7月)CO₂通量峰值出现在12:00左右(−1.19 g CO₂/(m²·h) ^−1), 08:00~19:00时CO₂净吸收, 而20:00~07:00为CO2净排放; 冷季(1月)CO₂通量变化振幅极小, 除11:00~17:00时少量的CO₂净排放以外(0.11 g CO₂/(m²·h)^−1左右), 其余时段CO₂通量接近于零. 从月变化来看, 6~9月为CO₂净吸收阶段, 8月CO₂净吸收最大, 6~9月CO₂2净吸收的总量达673 g CO₂/m²; 1~5月及10~12月为CO₂净排放, 共排放446 g CO₂/m², 4月CO₂净排放最大. 全年CO₂通量核算表明, 无放牧条件下青藏高原高寒灌丛是显著的CO₂汇, 全年CO₂净吸收量达227 g CO₂/m².     

中国北方表土微团粒粒度分布及其对粉尘

利用干筛筛析法测定了中国北方沙漠、戈壁、绿洲、干草原农垦区和草原牧区等代表性表土(沙质土、砾质沙土、砾质壤土、壤土和粉壤土等)的微团粒粒度分布. 组成表土微团粒粒度分布的对数正态群体分别为粉细沙、细沙、中沙、粗沙和极粗沙群体, 其平均的质量中值粒径分别为90, 210, 390, 600和980 mm, 平均的标准偏差分别为1.25, 1.40, 1.25, 1.35和1.25. 粉细沙、细沙、中沙、粗沙、砾质沙、砾质壤土、壤土等表土类型的微团粒粒度分布为这几个对数正态分布群体中的组合. 粉尘释放模型(DPM模型)模拟的结果显示: 表土微团粒粒度分布对粉尘释放通量存在显著影响, 细沙和粉细沙的粉尘释放通量最大, 中沙、砾质沙、砾质壤土、壤土、粉壤土次之, 粗沙的粉尘通量最小, 差值范围在10¹~10³ mg·m^-2·s^-1左右; 中国北方沙漠(沙地)和片状流沙覆盖的农田的粉尘释放通量在10¹~10⁴ mg· m^-2·s^-1之间, 而沙砾质戈壁、沙砾质化的农田和草原的粉尘释放通量在10¹~10² mg·m^-2·s^-1之间, 表明中国北方沙漠(沙地)和片状流沙覆盖的农田是粉尘释放的主要源地.     

亚热带稻田生态系统土壤呼吸的估算

采用涡度相关技术, 于2002年8月开始对亚热带典型稻田生态系统的水、热和CO₂通量进行了连续监测, 利用2003~2005年连续3 a稻田休闲期(10月中旬至次年4月)夜间通量的监测结果分析土壤呼吸的动态变化及其与土壤温度的关系, 计算得出稻田土壤呼吸年变化动态. 结果表明: 稻田土壤呼吸具有明显的季节变化趋势; 稻田休闲期夜间土壤呼吸速率为52~398 mg·m^-2·h^-1, 其呼吸速率与不同深度(5, 10和20 cm)土壤温度呈指数相关关系(P<0.001), 以稻田5 cm土壤温度相关性最好; 根据得到的稻田土壤呼吸与土壤温度的关系模式, 计算出亚热带稻田生态系统年平均土壤呼吸速率为178.5~259.9 mg·m^-2·h^-1, 年土壤呼吸总量为1.56~2.28 kg·m^-2·a^-1. 研究结果表明, 利用稻田休闲期涡度相关法观测结果得到的关系模式估算稻田生态系统水稻生长季稻田土壤CO₂的排放速率和排放量是可行的.     

东亚地区沙尘长波辐射对其辐射效应贡献的个例研究

<正>为了评估沙尘气溶胶长波辐射对沙尘总辐射效应的贡献,本文将一个沙尘长波辐射参数化方案嵌套于中尺度沙尘预报系统GRAPES_CUACE/dust中,并将其辐射效应在线反馈到模式的动力过程.采用包括参照实验即不包括沙尘的辐射效应(CTL),只包含沙尘短波辐射反馈(SW)和同时包含沙尘短波和长波辐射反馈(SW+LW)的     

青藏高原3种植被类型净生态系统CO2交换量的比较

采用涡度相关观测技术系统, 于2003年7月1日~2004年6月30日对青藏高原高寒草甸3种植被类型(矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸和藏嵩草沼泽化草甸)生态系统CO₂通量进行观测和分析. 结果表明, 嵩草草甸、灌丛草甸和沼泽化草甸CO₂最大吸收率分别为16.78, 10.42和16.57 μmol/m²·s; 最大CO₂排放率分别为8.22, 7.73和18.67 μmol/m²·s; 嵩草草甸和灌丛草甸一年从大气中分别吸收CO₂ 282和53 g/m², 而沼泽草甸一年向大气排放CO₂ 478 g/m². 证明青藏高原嵩草草甸和灌丛草甸比C4草原和一些低海拔草原和森林具有一个较低CO₂吸收和排放量潜能, 而沼泽化草甸具有一个较高的排放潜能, 揭示了青藏高原高寒草甸生态系统不同植被类型的碳源/汇的明显差异, 主要是由植物光合能力不同和土壤呼吸差异引起的.     

末次冰盛期以来中国陆地植被净初级生产力的模拟

利用AVIM(植被与大气相互作用模式)模拟了末次冰盛期(21 ka BP)、全新世中期(6 ka BP)及现代中国陆地植被净初级生产力(NPP)的大小与分布特征, 计算了3个时期陆地植被NPP的碳总量. 研究结果表明, 冰期-间冰期尺度下的东亚夏季风的变化是影响中国陆地植被NPP变化的主要原因, 21 ka BP时期中国陆地植被NPP最小, 平均值为208 gC/m²·a, NPP碳总量为2.05 Pg/a; 6 ka BP时期NPP最大, 平均值为409 gC/m²·a, NPP碳总量为3.89 Pg/a; 现代陆地植被的NPP年平均值为355 gC/m²·a, NPP碳总量为3.33 Pg/a, 温暖湿润时期中国陆地植被的NPP比寒冷干旱时期要高. 对3个不同气候时期温度和降水与陆地植被NPP的相关性分析表明, 温度是影响21 ka BP中国陆地植被NPP的主要气候因子, 而降水是影响6 ka BP以及现代植被NPP的主要因子.     

FeCo基合金的一种新型纵向驱动巨磁阻抗效应

测定了直流电流退火Fe₃₆Co₃₆Nb₄Si_4.8B_19.2合金薄带纵向驱动巨磁阻抗效应, 发现经过电流密度为3.2×10⁷ A/m², 600 s退火后巨磁阻抗效应对微弱磁场有灵敏的响应, 其灵敏度达到2440.2%/A·m^-1. 试验结果表明, 灵敏度与退火电流密度、驱动电流频率和腐蚀厚度密切相关.     

PZT铁电陶瓷应力腐蚀门槛值的各向异性

研究了PZT-5铁电陶瓷在各种环境(湿空气、硅油、甲醇、水和甲酰胺)中发生应力腐蚀的可能性, 以及极化方向对水和甲酰胺中应力腐蚀门槛应力强度因子K_ISCC的影响. 结果表明, PZT-5在各种环境中均能发生应力腐蚀; 水和甲酰胺中K_ISCC具有各向异性, 裂纹面平行极化方向的K^a_ISCC远大于垂直极化方向的相应值K^b_ISCC. 例如, 在水中,K^a_ISCC= 0.88 MPa·m^1/2,K^b_ISCC= 0.42 MPa·m^1/2; 在甲酰胺中K^a_ISCC= 1.0 MPa·m^1/2,K^b_ISCC= 0.54 MPa·m^1/2. 应力腐蚀门槛值各向异性的原因除了和90°畴变的各向异性有关, 也和应力腐蚀本征门槛值的各向异性有关.     

南极大气中磷化氢的首次监测

普遍认为远离人类活动区的地球大气中, 夜间磷化氢(PH₃)浓度小于几个ng/m³, 白天日照下更低(pg/m3级). 南极米洛半岛地区大气中PH3的浓度进行了检测, 2006年1~2月晴天上午10︰00大气中未检测到PH₃; 而在多云与小雪的天气条件下, 大气中几乎都检测到PH₃, 平均浓度约为(75.3±28.8) ng/m³ (n = 5); 光强较弱的夜间22︰00, 几乎所有气体样品也都检测到了PH₃, 平均浓度约为(87.2±70.9) ng/m³ (n = 11). 1月份夜间22︰00大气中PH3浓度普遍高于上午10︰00, 2月份二者浓度较接近; 且夜间22︰00大气中PH₃的浓度随气温的下降呈明显下降趋势, 表明大气中PH3浓度受光照强度与气温的影响. 在极昼、强紫外辐射的南极夏季, 测定结果比当前认为洁净的地球大气中存在极低浓度的PH₃要高1~2个数量级, 这是一个非常奇异的现象. 探讨性分析结果表明: 高洁净度的、干燥的、低温的南极环境可能延长了PH₃的寿命, 并造成大气中PH₃的累积; 在这种极端环境下可能存在产生PH3的新途径和大气化学过程; 另外, 还可能与局地源的排放有关.     

基于贝叶斯反演理论的海水固有光学特性准分析算法

近年来新发展起来的多波段准分析算法(QAA)是一种有广泛应用前景的海水固有光学特性反演算法. 与传统的半分析算法不同, QAA无需叶绿素吸收光谱模型的先验参数化, 但算法包含的若干经验公式影响了其普适性和抗扰能力. 本文利用贝叶斯反演理论改进QAA. 新算法以QAA的估算结果作为先验知识, 结合一个分别考虑水分子与悬浮颗粒后向散射作用的前向光学模型、Akaike贝叶斯信息准则(ABIC)和遗传算法, 提取参考波段的总吸收与总后向散射系数, 然后利用后向散射系数光谱形状的经验公式将估算结果推广至其他波段. 以国际海洋水色协调组(IOCCG)的模拟数据作反演试验, 结果显示, 使用QAA-555、QAA-640与QAA混合算法的反演结果作为先验估计, 新算法对440 nm的总吸收与总后向散射系数的反演值与真值的均方根差(RMSE)分别为0.367与0.023 m^-1, 0.092与0.005 m^-1, 0.096与0.005 m^-1, 较之三种QAA算法先验估计的0.918与0.039 m^-1, 0.205与0.007 m^-1, 0.207与0.007 m^-1有一定的降低, 特别是对高叶绿素样本的反演精度有较大的提高; 敏感性分析结果表明, 新算法的抗扰能力优于QAA算法.     

塔克拉玛干沙漠天然水体的化学特征及其成因

天然水体特别是河水和地下水的物理特性和化学成分既受流域岩石风化程度的影响, 也受流域气候、地貌、地质构造背景等的制约. 依据对塔克拉玛干沙漠南部地区的克里雅河、策勒河、土米亚河、玉龙喀什河的河水及沙漠南、北缘和沙漠腹地的地下水的物理参数和主要阴、阳离子(Cl^-, HCO₃^-, SO₄^2-, NO₃^-, Na⁺, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺)含量的测定结果, 分析探讨塔克拉玛干沙漠地区天然水体的特征及其中溶解物的来源. 离子含量通过离子色谱和盐酸滴定法测定, pH、可溶性固体总量(TDS)和电导率用便携式仪器在野外测定. 实验数据说明, 塔克拉玛干沙漠南部地区河水虽属淡水, 但TDS含量相对较高, 呈微碱性. 地下水水质变化在淡水和微咸水之间, TDS普遍高于当地河流河水. 河水和地下水的水化学组成都呈现一定的地域性特征, 反映了沙漠干旱气候和区域地质地貌的影响. 分析数据显示, 研究区河水中溶解物主要受岩石风化作用、蒸发结晶作用控制, 而地下水中溶解物受蒸发结晶作用控制. 天然水中溶解物主要来自蒸发岩, 人类活动对地下水已造成轻度污染.     

ACE-Asia期间北京PM2.5的化学特征及其来源分析

2001年3 ~ 4月, 在北京采用美国IMPROVE仪器对PM _2.5粒子进行了取样观测. 用质子激发X射线荧光分析(PIXE)方法分析后, 得到了20种元素成分的质量浓度. 研究表明, 观测期间北京春季沙尘PM _2.5平均质量浓度为14.6 μg/m³, 在3月21日和4月10日发生沙尘天气, 沙尘PM _2.5质量浓度分别为62.4和54.1 μg/m³, 表明北京沙尘天气的细粒子污染是非常严重的. 在北京发生沙尘天气的3月21日和4月10日, PM _2.5粒子的S和Cu富集因子非常低, 表明远方的沙尘占了主要贡献; 而在非沙尘天气, S和Cu浓度和富集因子较大, 这可能是局地尘占了主导贡献. PM _2.5中与人类活动有关的元素(如S, Cu)富集因子的变化可能是区分北京地区外来尘和局地尘相对贡献的一个有效方法. 因子分析结果表明, 地壳物质、人类工业活动和燃油这三种源对北京春季PM _2.5有明显贡献.     

基于静态暗箱法的陆地生态系统-大气CO2净交换估算

介绍了基于静态暗箱-气相色谱法确定陆地生态系统-大气CO₂净交换(NEE)的基本原理及相关分量的测定方法, 指出NEE估算主要有3个关键环节: (1)暗箱碳通量中合理扣除植株地上部分暗呼吸; (2)土壤总呼吸中根自养呼吸量的确定; (3)NPP中根际沉积碳的估算. 基于对地-气系统碳交换过程的理解, 利用2001和2002年南京地区稻田CO₂排放的测定结果及相关环境和生物要素的测定, 估算了稻田生态系统-大气CO₂的净交换. 结果表明, 两年间南京稻田NEE的季节性变化趋势基本一致: 水稻移栽后3周内表现为碳净排放或弱的净固定, 其后碳净固定逐渐增加, 较高的净固定出现在拔节孕穗期, 抽穗后逐步下降. 2001和2002年的日平均碳净通量分别为-6.06和-7.95 gC·m^-2, 与Campbell等人采用波文比法测定的美国得克萨斯州稻田CO₂净通量值接近, 且两地的NEE季节性变化趋势基本一致. 烤田期和其后两周淹水期的平均净通量估算结果与日本Miyata等人采用涡度相关法在类似条件下的测定结果一致. 基于静态暗箱法估算的NEE与采用波文比法及涡度相关法测定的NEE具有一致性和可比性.     

亚洲大陆沙尘过程与北太平洋地区生物环境效应:以2001年4月中旬中亚特大沙尘暴为例

“铁肥料效应”的验证一直是研究全球变化的热点问题. Bishop等在2001年4月观测到中亚沙尘越过北太平洋PAPA地区引起了该区海洋生物大幅增长的事实, 为“铁假说”的成立提供了自然状态下最有力的沙尘-海洋过程生物环境效应证据. 我们通过分析2001年4月中亚大陆强沙尘暴源区的中国大陆、沙尘远程传输区的韩国、日本及更遥远的美国的地面同步PM10观测资料以及同期在北太平洋地区海洋表层进行的有机碳和叶绿素观测资料, 结合气象诊断和TOMS卫星气溶胶指标的分析, 从大陆沙尘过程分析表明沙尘浓度由源地随着传输距离的增加而呈指数衰减, 估算这场强沙尘暴过程可以为北太平洋PAPA地区带去3.1~5.8 μg/m³的风成Fe, 导致了Bishop海洋实验过程中观测到了海洋生物的急剧增长, 从而从大陆沙尘过程方面为“铁假说”在自然状态下的成立补充了更详细的证据.     

电子垃圾拆解地大气中二口恶英、多氯联苯、多溴联苯醚的污染水平及相分配规律

研究了浙江台州电子垃圾拆解地大气中二口恶英(PCDD/Fs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)的污染水平、分布特征和相分配规律. 通过对3个采样点的研究发现, ΣPCDD/Fs的浓度为2.91~50.6 pg&;#8729;m^-3, 其毒性当量为0.20~3.45 pg (I-TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPCBs的浓度和毒性当量分别为4.23~11.35 ng&;#8729;m-3, 0.050~0.859 pg(TEQ)&;#8729;m^-3, ΣPBDEs的浓度为92~3086 pg&;#8729;m-3, 此3类污染物的浓度高于一般城市地区. 研究结果显示二口恶英主要分布在颗粒物相, 而多氯联苯主要分布于大气中的气相. 通过污染物的气(气相)-粒(颗粒物)分配系数(K_p)与蒸气压(P_L⁰)的关系式评价了污染物的气-粒分配行为. 利用Junge-Pankow 模型和K_oa吸附模型预测了3类污染物在大气中的气-粒分配, 并与实测值作了比较. 结果表明, Junge-Pankow 模型较好地预测了多氯联苯的气-粒分配, 但是该模型较低地预测了二口恶英在颗粒物上的组分, 较高地预测了多溴联苯醚在颗粒物上的浓度. K_oa吸附模型对于二口恶英和多氯联苯的预测值与实测值较一致.