夏玉米叶片和冠层尺度的水碳耦合模拟

蒸腾作用和光合作用是两个密切联系、相互耦合的过程,主导作物的生理活动及产量形成,研究不同尺度水碳耦合关系对提高水分利用效率(WUE)意义重大.以光合仪、涡度相关仪等实测数据为依据,分析了我国华北地区夏玉米叶片和冠层尺度的光合与蒸腾(蒸散)的变化规律,率定和验证了SMPT-SB模型在这两个尺度的应用效果.结果表明,在夏玉米生育期典型日内,叶片尺度的光合与蒸腾速率,以及冠层尺度的光合与蒸散速率日变化趋势基本一致,但冠层尺度蒸散受表层土壤含水量的影响较大.SMPT-SB耦合模型估算的叶片光合、蒸腾和WUE与实测值之间的回归系数接近1,确定系数大于0.74,二者之间的相对误差小于11%,能够较好反映叶片光合与蒸腾之间的耦合关系.SMPT-SB耦合模型估算的冠层尺度光合与实测值一致性也较好,但该模型低估了表层土壤含水量较高时的冠层蒸散量,并在一定程度上导致了冠层WUE的高估.该研究为理解不同尺度水碳耦合关系及提高水分利用效率提供科学依据.     

北方蒸散对气候变暖响应随降水类型转换特征

地表蒸散量是对全球气候变暖响应最显著的水分循环分量,但以往不同研究得出的气候变暖背景下各地地表蒸散量的变化趋势差异很大,有时甚至表现出相反的趋势.然而,对于地表蒸散对气候变暖响应的差异性具有怎样的规律以及是何原因造成了这种差异至今也并不完全清楚.为此,在对中国北方地区的蒸散量格点资料(FLUXNET)和全球陆面同化资料(GLDAS)进行观测试验验证的基础上,利用可靠性相对较高的蒸散量格点资料及以往研究常用的CRU和ERA-Interim气候格点资料,分析了我国北方不同降水气候空间类型时地表蒸散量对气温增加的响应特征.分析发现:地表蒸散量对气温升高的响应程度随降水气候类型不同变化比较明显,地表蒸散量的增温倾向率表现出随降水气候类型变化的显著转换特征.降水量在200~400 mm的气候区间时,正好是倾向率发生转折的气候敏感区间;在更湿润气候类型时,气候越湿润,地表蒸散量随气温升高增加的就越明显;而在更干燥气候类型时,气候越干燥,地表蒸散量反而随气温升高减少的越明显.地表蒸散量对气候变暖的这种响应特征在全球其他气候过渡比较明显的典型地区也有不同程度的表现.同时,就地表蒸散量对气候变暖的响应机制而言,主要有气温升高直接引起的潜在蒸散力增加与气温升高通过蒸散过程造成的土壤水分损失再反过来间接抑制蒸散这两个作用过程.前者在湿润地区起主导作用,导致蒸散增强;而后者在干燥地区主导作用,导致蒸散减弱.该研究结论对地表蒸散的气候变化响应特征有新认识,对改进全球水资源评估方法和干旱监测技术具有重要科学参考意义.     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

青藏高原夏季地表面反射率的分布特征

青藏高原在以往的高原辐射研究中,因条件所限,很少进行实际的反射率测量,仅依据高原上和高原周围少数的日射资料,对反射率值进行估算。1979年5—8月青藏高原气象科学实验期间,在高原上第一次系统地进行了地面辐射平衡各分量的连续观测,获得了若干高原地面辐射场的特征值。同时也首次获得了青藏高原一些主要下垫面上夏季的实际反射率观测资料。分析这些资料表明,青藏高原夏季地表面反射率要比以前估箅的小。本文拟就这些新的观测事实和特征作一分析,以引起学术界的注意。     

遮阳网棚滴灌西红柿需水量在尼日利亚试验研究

通过对遮阳网棚西红柿滴灌条件下棚内外气温、地温、蒸发量和土壤含水量等进行试验研究取得的大量现场观测数据分析,结果表明:网棚不仅具有良好的遮阳降温效果并能保证作物在旱季的正常生长;而且网棚内旬平均气温值与作物需水量存在密切的(量比)关系,可作为指导尼国反季节大力发展遮阳网棚滴灌种植诸如茄子、黄瓜、豆角等蔬菜的依据.     

京津风沙源地表沙尘释放及其区域分异

土壤风蚀引起的地表沙尘释放及其输移过程,是干旱半干旱区最为重要的地表过程之一.准确估算地表沙尘释放是揭示沙尘暴发生机制、阐明地表沙尘释放与陆地生态系统耦合作用的基础,也是制定防沙治沙和大气环境治理规划和决策的依据.基于野外调查、表层土壤采集及其室内实验、遥感影像以及气象站观测资料,估算了4个不同时期4个粒径组地表沙尘释放,揭示了京津风沙源地表沙尘释放的时空分布及其对粒径的响应,明确了京津风沙源不同区域和土地利用地表沙尘释放的贡献.在此基础上,从控制地表沙尘释放及其对区域大气环境中可吸入颗粒物影响的角度,提出京津风沙源治理的重点区域是农牧交错带、燕山丘陵、荒漠草原、晋北山地丘陵,治理的土地利用核心是耕地,而不是沙地,为京津风沙源治理工程的优化布局提供科学依据.     

纵向岭谷区山地植物物种丰富度垂直分布格局及气候解释

为了解纵向岭谷区山地植物物种丰富度垂直分布格局,选取不同纬度的西双版纳(热带山地)、哀牢山、无量山、高黎贡山和白马雪山(亚热带山地)等5个地区为研究对象,对比分析了山地垂直高程范围内物种丰富度、面积及气候要素沿海拔梯度的分布特征及其相关关系.结果表明:研究区山地植物物种丰富度沿海拔梯度存在由平缓至递减(热带山地)和先增后减—物种丰富度在山地中间海拔最大(亚热带山地)两种格局;随着纬度的增加,山地植物物种丰富度沿海拔梯度最大值出现的位置依次升高;物种密度与物种丰富度垂直分布格局相同;从气候的角度而言,实际蒸散量作为区域水热平衡的表征因子,能较好地解释不同山地植物物种丰富度垂直分布格局及其异同;亚热带山地下部较低的植物物种丰富度受制于高温、少雨的气候特征,随着环境干燥程度的增加植物物种丰富度迅速减小.     

九龙江口营养盐的分布、通量及其年代际变化

于2008年4月至2011年4月对九龙江河口的营养盐进行了8个航次的调查,包含丰水期(5～9月)和枯水期(10月～次年4月).结果表明,九龙江口上游营养盐浓度很高(硝酸盐NO3-N120～230μmol/L,亚硝酸盐NO2-N5～15μmol/L,氨氮NH4-N15～170μmol/L,磷酸盐SRP1.2～3.5μmol/L,硅酸盐DSi200～340μmol/L),且枯水期高于丰水期.NO3-N是溶解态无机氮(DIN)的主要组分,枯水期NO3-N可占DIN的55%～72%,而丰水期该比例则高达67%～96%.NO3-N和DSi在盐度1～32的河口混合区基本呈现保守混合行为.SRP在盐度1～25的区域浓度变化很小(1.0～2.0μmol/L),在盐度>25的区域则被相对低营养盐的近海海水所稀释.利用高分辨率的径流量资料和淡水端实测营养盐浓度,计算出九龙江DIN,SRP和DSi的入河口通量分别为34.3×103tN/a,0.63×103tP/a和72.7×103tSi/a;而通过将营养盐在高盐段的保守混合规律外推至零盐度估算河口输出有效浓度的方法,估算出九龙江口营养盐的入海通量分别为34.8×103tN/a,0.82×103tP/a,71.6×103tSi/a.利用LOICZ推荐的营养盐收支模式方法,估算调查期间九龙江口对SRP的添加量为0.16×103tP/a.与世界其他河流对比,九龙江流域单位面积上的NO3-N产率处于较高水平.与历史数据相比,近10余年来九龙江口上、中游NO3-N和SRP的浓度增加2～3倍,而DSi浓度在九龙江口盐度梯度上的分布则改变不大.这种营养盐年代际变化与密西西比河DIN和SRP升高而DSi浓度大幅度下降的变化特征很不相同.     

朝鲜第六次核爆后InSAR地表形变测量与分析

利用InSAR小基线集(SBAS)方法得到了朝鲜第六次核爆后其中心17 km×22 km范围内一些部位不同时刻(2017年9月10日～2018年6月1日每12 d间隔)的累积地表形变量.将这些测量点依空间相邻关系聚集成14个集合,按照集合内各点平均相干性进行加权平均得到各集合的累积形变量.观测结果显示:(1) SBAS-InSAR能有效观测第六次核试验的热辐射后效阶段形变过程,爆炸中心附近在爆炸后10余天仍存在地表抬升现象,随后开始下沉,不同地方下沉速率和下沉量不同;(2)在冬春季可观测到可能主要因围岩内裂隙水冰冻带来的地表下沉减缓甚至抬升的现象, 2018年5月24日因朝鲜对部分核设施进行爆破使地表形变出现抬升.研究结果表明:(1)第六次核试验的热辐射后效阶段主要表现为围岩受高温高压作用变酥变软,变质后的围岩在重力作用下被压实并开始下沉,沉降的时间过程可以用Weibull模型进行拟合分析;(2)考虑受核爆影响的变质岩层厚度等因素建模分析最大沉降量,得到了爆炸中心垂直向影响距离约为1800～2300 m,变质后的岩石形变系数约为7×10~(-5)～8×10~(-5),统计拟合优度为0.8,P值接近于0.     

引引力波偏振

引力波的直接观测不但开启了一扇探测引力本质的全新窗口,而且使我们进入了多信使引力波天文学时代.引力波不影响单个检验粒子的测地线运动,其偏振态由两个相邻检验粒子的相对运动,即测地线偏离运动所决定.测地线偏离方程中只出现黎曼张量的电分量,它有6个独立分量,所以在最一般的度规引力理论中,引力波最多可以有6种偏振模式.这6种偏振模式分别为:"+"偏振态、"×"偏振态、呼吸偏振态、矢量-x偏振态、矢量-y偏振态及纵振态.爱因斯坦广义相对论中的引力波只有"+"与"×"两个张量偏振态,Brans-Dicke理论中的引力波除了"+"与"×"偏振态外,还有一个呼吸偏振态.在Horndeski及f(R)理论中,引力波除了"+"与"×"两个张量偏振态外,还有一个由呼吸模与纵振模混合而成的标量偏振态.在爱因斯坦-以太理论中,非零矢量场的出现破坏了局域洛伦兹对称性,该理论中的引力波以非光速传播,且具有5个独立偏振态.张量-矢量-标量理论中的引力波传播速度与光速不同,且该理论中的引力波具有6个独立偏振态.因为不同引力理论中的引力波偏振态不同,所以引力波偏振态的测量可用于探究引力本质.