不同生态系统呼吸模型在半干旱草原生长季碳循环研究中的比较及应用

利用锡林浩特国家气候观象台涡度协方差通量观测系统记录的湍流数据和土壤温度、湿度数据, 分析2010-2012年锡林郭勒半干旱区针茅草原生态系统的呼吸过程及主要气候影响因子, 探讨以土壤温度和土壤体积比含水量(VWC)为计算参数的3种连乘形式的呼吸模型和Q₁₀呼吸模型在该生态系统的适用性, 在此基础上讨论该生态系统生长季净碳交换速率(NEE)、呼吸速率(R_eco)以及总初级生产力(GPP)的年际变化特征。该草原生态系统的呼吸作用受土壤温度和土壤含水量的共同影响, 其中土壤含水量是重要的限制因子。2010和2011年, 生长季降水量偏少, 该生态系统受到一定程度的干旱胁迫, 当土壤含水量处于12%~20%区间时, 呼吸速率随其升高而显著增加, 而当土壤含水量<12%或>20%时, 呼吸速率对其变化不敏感; 2012年降水充沛, 呼吸速率与土壤温度的变化趋势相关性更显著。4种呼吸模型的拟合结果表明, Q₁₀模型的表现(R²=0.64)优于其他3 种连乘模型。使用Q₁₀模型模拟的2010, 2011和2012年生长季呼吸作用的累积碳交换量分别为157.32, 138.75和 246.32 gC/m²。该草原生态系统在这3年生长季中均表现出较显著的碳汇功能, 净碳交换累积总量分别为−110.28, −68.79和−310.05 gC/m², 总初级生产力累积总量分别为267.52, 207.57和555.85 gC/m²。干旱胁迫对光合作用的影响大于呼吸作用, 与总初级生产力和呼吸作用相比, 净碳交换量的年际差异更明显。     

有限交换环上Ramanujan单位一-匹配双凯莱图

设R是有单位元1≠0的有限交换环,R上的单位一-匹配双凯莱图记为G_R=BC(R; R^×, R^×, {0}),其中R^×表示R单位的集合。若一个k-正则图G的任意具有|λ|≠k的特征值λ满足|λ|≤2(k-1)^1/2,则称这个k-正则图是Ramanujan图。给出R上的单位一-匹配双凯莱图G_R及其线图是Ramanujan图的充要条件。     

洪泽湖地区杨树人工林碳水通量昼夜和季节变化特征

【目的】通过对洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳水通量的昼夜变化和季节变化特征进行分析,为评估该杨树人工林生态系统的固碳能力提供必要的基础数据,揭示杨树人工林生态系统碳循环及对外部气象环境因子的响应,同时为增强森林生态系统固碳能力提供依据。【方法】以洪泽湖地区杨树人工林生态系统为研究对象,利用涡度相关技术和微气象观测系统进行长期且连续的通量以及气象环境观测。选取2017年5月至2018年4月期间的原始观测数据,对异常数据进行剔除和插补处理,同时,利用EddyPro软件中的Express Mode模块对通量数据进行二次坐标旋转、频率损失订正以及WPL密度效应修正,最终转化为30 min数据。分析杨树人工林生态系统与大气间的二氧化碳(CO₂)、甲烷(CH₄)和潜热(latent heat, LE)通量的季节动态变化和昼夜变化特征及其与外部气象环境因子的相互关系。【结果】洪泽湖地区杨树人工林生态系统碳通量均有显著的昼夜和季节变化,净生态系统碳交换(net ecosystem exchange, NEE)白天为较强的碳汇,夜晚为较弱的碳源,整年表现为固碳作用,年通量为-506.9 g/(m²·a)。其日变化在生长季和非生长季均呈“U”形曲线,生长季的碳吸收明显大于非生长季;在生长季白天,NEE与光合有效辐射(photosynthetically active radiation, PAR)呈显著的对数关系;而在非生长季,NEE与夜间土壤温度(soil temperature,T_s)呈显著的指数关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统LE的昼夜和季节变化显著,在生长季和非生长季均呈“单峰型”曲线,且在生长季大于非生长季,LE与饱和水汽压差(vapor pressure deficit, VPD)在生长季和非生长季均呈显著的线性正相关关系。洪泽湖地区杨树人工林生态系统CH₄通量在生长季和非生长季均无显著的昼夜变化,在生长季为较弱的CH₄吸收,非生长季为中性至微弱的CH₄排放,全年可能表现为较微弱的CH₄汇。【结论】洪泽湖地区杨树人工林生态系统整体具有较高的固碳能力,CO₂和LE通量具有显著的昼夜变化和季节变化规律,而CH₄通量季节和昼夜变化并不显著,生态系统碳水通量受环境因子的影响较显著,可以为今后提升杨树人工林的固碳能力提供参考。因此,营造杨树人工林将是短期内吸收大气中的CO₂和CH₄并缓解气候变化的有效途径。     

亚热带常绿阔叶林幼树与灌木的地上生物量模型

【目的】准确估测亚热带常绿阔叶林木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量,为森林生态系统的经营管理提供理论参考。【方法】通过采样准确获得九连山39种木本植物746个单株样本的地径(d)、树高(h)和木材基本密度(ρ),以及各器官(叶、枝、干)的地上生物量观测值,并按生活型将样本分为乔木组、小乔木组和灌木组3类,分别以d²、ρd²、d²h和ρd²h为自变量拟合模型,根据拟合模型的R²值和估计值的标准误(SEE)选择最优生物量模型。【结果】九连山常见木本植物的木材基本密度在0.459～0.784 g/cm³之间; 推导的64个生物量模型都具有较高的R²值和较低的SEE值,据此选择出16个最优生物量模型。其中,小乔木组和灌木组的叶片和枝条生物量在只含自变量d时具有较高的R²值,而乔木组和小乔木组树干以及总的地上生物量在含自变量d、h和ρ时具有较高的R²值和SEE值。【结论】研究拟合的模型可准确估算该地区及相似地区常见木本植物幼苗、幼树及灌木的地上生物量。     

一类变换图的Wiener指数

研究了一类变换图G(R^*,S^*),其中R^*=(r₁,r₂)且S^*=(1,…,1),计算出变换图G(R^*,S^*)的Wiener指数公式,并给出变换图G(R^*,S^*)的Wiener指数的渐进性质.     

离子吸附型稀土矿区硫酸铵原位浸矿与淋洗过程的室内模拟

离子吸附型稀土尾矿中残留的大量硫酸铵浸矿剂随雨水淋滤进入周边环境,可造成矿区及周边土壤和水体严重污染。本研究通过实地采集稀土矿区土壤,开展室内一维土柱实验分别模拟浸矿过程和淋洗过程,并建立Hydrus-1D模型,评价该模型对稀土矿浸矿和淋洗过程的模拟性能。Hydrus-1D模型的弥散度的率定值为0.5 cm,浸矿与淋洗过程的K_d的率定值分别为0.07 cm³/g和1.2 cm³/g;在浸矿过程模拟中,4个观测孔模型的R²为0.95～0.99,E_RMS为1.3～6.8 mmol/L;淋洗过程的R²为0.93～0.98,E_RMS为0.2～1.6 mmol/L;Hydrus-1D能够较好模拟浸矿和淋洗过程中NH⁺₄的迁移行为。示踪实验中Cl^-穿透耗时为30～90 min;浸矿实验中,4个观测孔达到吸附饱和耗时为60～150 min;淋洗实验中,4个观测孔的NH⁺     

胺类捕收剂在石英表面吸附的定量构效关系

为深入研究胺类阳离子捕收剂在石英表面吸附能与其结构之间的关系,基于遗传算法构建了20种胺类捕收剂在石英表面吸附能与其结构参数之间的定量构效关系模型,得到了模型的相关系数R²=0.969,调整系数R²_ad=0.964,交叉验证系数R²_cv=0.955,显著值F=168.429,表明模型预测结果与模拟计算值拟合较好.四种未参与建模的阳离子捕收剂对所构建模型外部检验结果误差不超过5%,证明模型具有较好的预测性,能够较好预测胺类捕收剂在石英表面的吸附能.     

有机发光材料玻璃化转变温度与结构定量关系研究

有机发光二极管(OLED)材料具有巨大的应用潜力,其有机发光材料玻璃化转变温度(T_g)是影响热稳定性的重要因素之一.本文将1 944种用于OLED的有机发光材料分成训练集(1 556种)和测试集(388种);将4 885个Dragon参数缩减成472个后,基于线性回归得到含7个参数的子集,用于有机发光材料T_g/MW结构-性能定量关系(QSPR)建模.最佳随机森林回归模型(nodesize=5、ntree=200、mtry=2)产生的训练集决定系数R²=0.979,测试集R²=0.893,精度高于文献报道值.     

长江河口潮流界与径流量定量关系研究

长江河口是径流、潮流相互作用的潮汐河口,潮汐的变化导致河道水体流态发生改变.本文设计高分辨率数值模式,基于河道断面流量的计算,得出了枯季和洪季不同保证率径流量下的长江潮流界位置.枯季潮流界位于芜湖上游70 km附近的太阳洲和镇江水文站之间,洪季潮流界变化范围在江阴上游太平洲叉道中段至民主沙之间100 km范围内.对不同径流量下潮流界位置的计算结果作多次拟合,得出枯季潮流界y与径流量x的相关关系为y=-4×10^(-10)x(-10)x³+1×103+1×10^(-5)x(-5)x²-0.193 7x+1 232.9(R2-0.193 7x+1 232.9(R²=0.984 2),洪季潮流界y与径流量x的定量关系为y=2×102=0.984 2),洪季潮流界y与径流量x的定量关系为y=2×10^(-13)x(-13)x³+3×103+3×10^(-8)x(-8)x²-0.007 4x+359.35(R2-0.007 4x+359.35(R²=0.996 9).本文结果可为长江潮流界的确定提供科学依据.     

Πk(R2)空间插值适定结点组的构造

主要研究了Π_k(R²)空间中的Lagrange插值问题,给出了构造 Π_k(R²)空间Lagrange插值适定结点组的方法,所得结论推广了Ward Cheney和Will Light等人在2004年《逼近论教程》中给出的构造Π_k(R²)空间Lagrange插值适定结点组的方法,从而得到更一般的结论.     

模拟氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响

阔叶红松(Pinus koraiensis)林是我国东北东部山区的地带性顶极植被,全球氮沉降增加可能影响其碳循环的各个过程。在2010年和2011年的5—10月,对典型阔叶红松林进行了模拟氮沉降实验。实验设置了对照(N₀, 0 kg/(hm²·a))、低氮(N₁, 30 kg/(hm²·a))、中氮(N₂, 60 kg/(hm²·a))和高氮(N₃, 120 kg/(hm²·a))4种模拟氮沉降处理,每隔半个月采用Li-6400-09便携式CO₂/H₂O气体分析仪对土壤呼吸速率进行测定,研究了氮沉降对典型阔叶红松林土壤呼吸的影响。结果表明:① 各处理土壤呼吸速率的季节变化与5 cm深度的土壤温度相似,均呈现出明显的季节变化趋势,最大值出现在6月中旬(3.84～4.55 μmol/(m²·s)),最小值出现在5月初(1.37～1.84 μmol/(m²·s)),土壤温度的变化可解释土壤呼吸速率季节变化的49.9%～69.2%。② 各处理的土壤呼吸速率与土壤温度呈指数相关(R²=0.499～0.692),土壤呼吸速率与土壤温度、湿度及其相互作用的回归模型可以解释各处理土壤呼吸速率52.2%～73.5%的季节变异; ③ N₀、N₁、N₂和N₃样地土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值分别为2.10、1.93、1.97和2.01; ④ 各处理样地土壤呼吸速率的平均值分别为3.09、2.78、3.06和2.90 μmol/(m²·s),与对照样地N₀相比,土壤呼吸速率和凋落物量无明显相关(P> 0.05)。     

考虑植被盖度的城市蒸散发模拟研究

基于城市涡动相关系统每30分钟蒸散发数据, 结合足迹源区分析及研究区域遥感数据, 获取源区植被盖度, 构建基于随机森林的蒸散发模拟方法。将此模拟方法应用于涡动系统空缺值插值, 并探究深圳干湿季蒸散发的主要控制因子, 得到如下结论。1) 与不考虑植被盖度的随机森林模型及边际分布抽样算法(MDS)相比, 考虑植被盖度的随机森林模型可以更高精度地模拟城市蒸散发。与实测数据相比, 模型的R²=0.73, RMSE= 20.5 W/m², MAE=13.3 W/m², pbias=0.8%。2) 对湿季日间较高蒸散发时期的空缺值进行插值, 考虑植被盖度的随机森林模型显著优于MDS模型。与实测数据相比, MDS插值模型低估 12.4%, 而随机森林模型低估 4.7%。3) 深圳湿季期间, 植被盖度是蒸散发的主要控制因素。在干季, 温度、净辐射以及饱和蒸气压差是蒸散发的主要控制因子。     

羟肟酸浮选分离选择性的定量构效关系

采用定量构效关系方法和遗传算法对13种芳烷基羟肟酸类捕收剂的锡石-萤石浮选分离选择性指数进行了定量构效关系研究,旨在预测羟肟酸捕收剂对锡石-萤石浮选分离的选择性能.采用快速分子描述符和量子化学描述符建立了两种选择性指数的二元因子模型,选择性指数1的模型5和选择性指数2的模型6的相关系数R2分别为0.868和0.796,R2cv分别为0.779和0.590.使用留一法对两模型进行内部验证的相关系数R2分别为0.785和0.615,使用测试集对两模型进行外部验证,所得两模型的平均预测绝对误差分别为0.095和1.939.指数1模型具有真实有效性和较好的预测能力,能够有效预测羟肟酸的选择性.     

带有导数项的二阶周期问题正解

获得了非线性函数带有导数项的二阶周期边值问题{u″(t)+au(t)=f(t,u(t),u'(t)),〓t∈［0,1］,u(0)=u(1), u'(0)=u'(1)正解的存在性, 其中(π²)/4π², f:［0,1］×R⁺×R→R⁺连续。 f(t,x,y)满足Nagumo条件, 且关于 x 和 y 满足一定的超线性增长条件。针对超线性情形, Nagumo条件关于y严格控制了f的增长。主要结果的证明基于不动点指数理论。     

东江源寻乌水流域径流变化特征及其原因分析

东江源水资源安全影响着珠三角社会经济发展和香港繁荣稳定,径流是水资源安全评价的重要水文要素.该文收集东江源区干流寻乌水1980-2016年逐日水文气象数据、6期土地利用及土地耕作属性等数据,采用IHACRES水文模型和统计分析等方法,分析寻乌水径流变化特征及其影响因素.结果表明:在模型基准期(1980-1992)和变化期(2009-2016)中,径流年际变化模拟效果评价指标R²、N_S和P_BIAS的值分别为0.99、0.99、0.37和0.8     

近30年京津冀地区湖泊面积的变化

利用遥感、气候和社会经济统计数据, 探究1987—2017年间京津冀地区湖泊面积的变化及其与自然和社会因素的关系。结果表明, 该地区湖泊面积过去30年间整体上呈减少趋势, 每年减少约2%, 这是自然和人为因素双重影响的结果。可分为3个阶段: 前10年(1987—1996年), 湖泊面积增加约4.8×10² km² (约占76%), 由自然因素主导(R²=0.849, p=0.001); 1997—2009年的13年间, 湖泊面积呈减少趋势(减少约 4.7×10² km², 占43%), 主要由人为因素主导(R²=0.536, p=0.013); 最近8年(2010—2017年)中, 湖泊面积呈增加趋势(增加约2.3×10² km², 占36%), 也主要由人为因素导致。虽然最近8年来该地区湖泊面积减少的趋势得到扭转, 但地表水资源供需矛盾仍然严峻。     

激光雷达GLAS与ETM联合反演森林地上生物量研究

在实现大脚印激光雷达GLAS森林冠顶高度反演算法基础上, 建立了复杂地形条件下森林地上生物量神经网络反演模型, 制作了研究区森林地上生物量分布图。总体上, 激光雷达GLAS森林冠顶高度和地上生物量估算精度较高。森林冠顶高度针叶林精度最好(R²=0.692); 阔叶林次之(R²=0.5062); 地上生物量反演结 果与实测结果十分接近, 在空间分布上与土地覆盖分布特征非常一致。