黄海微微型浮游植物对灰霾颗粒添加以及光照变化的响应

本研究于2020年夏、秋两季,在黄海的三个站位开展了船基受控培养实验,研究了灰霾颗粒添加和光照变化(相较于海面约40%、68%和82%的光衰减)对微微型浮游植物生长、群落演替及碳生物量和叶绿素a(Chl a)比值的影响。结果表明,微微型浮游植物均表现出对总Chl a相当甚至主导的贡献能力,且所有培养站位初始海水中微微型浮游植物优势类群均为微微型真核浮游植物和聚球藻。在黄海中部和北部的贫营养海域,灰霾颗粒添加提供的氮能够促进微微型浮游植物的Chl a(Chl a_(pico))浓度、微微型真核浮游植物和聚球藻细胞丰度的增加,但光照变化的影响不显著。然而,微微型浮游植物碳生物量(C pico)和Chl a_(pico)比值(C pico/Chl a_(pico))随着灰霾颗粒的添加和光照强度的衰减呈降低趋势,这与浮游植物的光合色素合成水平密切相关。在近岸富营养海域,培养实验期间海面的光照强度较低,且由于海域水体浑浊,光照强度是影响微微型浮游植物生长和C pico/Chl a_(pico)比值的主要因素。Chl a_(pico)、细胞丰度和C pico/Chl a_(pico)比值均随着光照强度的衰减逐渐降低。本研究初步揭示了大气沉降和光照双因子调控下微微型浮游植物Chl a_(pico)和碳生物量的变化特征。

青岛城区露水形成的影响因素及其产量评估模型研究

露水是中国北方春秋季常见的天气现象,但其形成条件和产量存在明显的区域差异。本文基于2021年春季和秋季在青岛城区采集的露水样品,探讨了气象因素和下垫面基质对露水发生及其产量的影响,并构建了露水产量定量估算的统计模型和神经网络模型。结果表明:弱风(<4 m/s)、较高的相对湿度(≥50%)、适宜的温差(1~7℃)以及南风和东南风是青岛城区露水凝结的有利条件。其中,相对湿度和温度是影响露水产量的最主要因素。不同下垫面的辐射冷却强度存在差异,导致了露水凝结产量的不同,玻璃表面的露水产量比土壤表面高约34%,而粉粒土壤表面的露水产量相较于砂粒土壤表面高约13%。使用多元线性回归分析和人工神经网络方法对青岛城区的露水产量进行了评估,两种方法均表现出较好的模拟效果(R2分别为0.73和0.78)。

亚洲沙尘的远距离输送及对海洋生态系统的影响

亚洲沙尘是全球沙尘的重要组成部分,其环境效应已得到广泛关注,但至今对亚洲沙尘输送/沉降—海洋生态系统响应—辐射活性气体海气交换—间接气候效应这一过程的认识却是非常初步的。亚洲沙尘存在3个主要源区,对其排放强度的认识仍存在较大的不确定性。亚洲沙尘可以通过长距离输送而影响到广大的北太平洋,其传输路径和影响范围决定于沙尘的来源、粒子谱分布与大气环流特征等因素。沙尘沉降是海洋营养物质和污染物质的来源之一,但沉降通量的估算结果仍有待进一步验证,而对海洋生态系统的作用机制及其反馈还缺乏足够的了解。论文在综述国内外相关研究的基础上,提出了"亚洲沙尘与海洋生态系统"(Asian Dust and Ocean EcoSystem,ADOES)研究计划的科学目标和主要研究内容。

2000年夏季莱州湾生态环境要素的分布特征

论文依据 2 0 0 0年夏季 8月 2 9日至 9月 2日莱州湾的 1次综合性生态环境调查资料 ,给出了表、中、底 3层的平均温度、盐度、主要营养盐浓度及其比例和叶绿素 a浓度 ,分析了莱州湾的温盐结构、主要营养盐和叶绿素 a的分布特征。由于莱州湾的水深较浅 ,各要素的垂直分布都比较均匀。生态环境要素的水平分布表现为小清河口为高温、低盐、高营养盐和高叶绿素 a浓度区 ,小清河口东测的湾顶区域为高温、高盐、相对低的营养盐和叶绿素 a浓度区。此次观测到的盐度较 1997年以前有明显升高。莱州湾各层平均的 N/ P和 Si/ N分别为 16.73和 1.67,都比 1998～ 1999年渤海中部的值大 ,但 N/ P比 1992 ,1995和 1996年莱州湾的 N/ P明显偏低。叶绿素 a浓度与硅酸盐浓度之间有较好的相关关系 (α=0 .0 1) ,表、中、底 3层叶绿素 a浓度同硅酸盐浓度的线性相关系数分别为 :0 .5 4 ,0 .68和 0 .

东亚地区不同天气下的硫沉降分布

利用欧拉型硫沉降模式分析３个个例，讨论了东亚地区不同天气条件下硫总沉降、干沉降和湿沉降。不同天气条件下硫沉降的分布不同。干沉降与污染源的分布有很好的相关性，而总沉降的分布除决定于排放量外，还明显受到降水场分布的影响。２４ｈ硫沉降量一般为１．０～１０．０ｍｇ／ｍ２，最大可达３２ｍｇ／ｍ２，干沉降量的值为１．０～５．０ｍｇ／ｍ２，最大值为１４．８ｍｇ／ｍ２，湿沉降量的值为０．５～７．０ｍｇ／ｍ２，强降水区附近可达２２ｍｇ／ｍ２。

欧拉型区域硫沉降模式研究

建立了一个三维硫沉降欧拉模式，模式中比较全面地考虑了硫沉降过程中的物理、化学机制。包括平流、扩散、干湿沉降和积云的垂直输送作用等物理过程，气相化学、液相化学和气溶胶表面的非均相化学等化学过程。其中非均相化学和积云的垂直输送参数化在国内外同类模式中尚不多见。模式结果与实测及其他模式结果的对比表明，该模式能够较好地模拟出ＳＯ２的水平和垂直分布及ＳＯ２－４在降水中的浓度。

中国城市空气污染指数的区域分布特征

随着霾天气的大范围出现,空气污染已成为中国最受关注的区域性环境问题。本文主要基于中国73个城市近5年（2007年6月5日~2012年6月4日）的空气污染指数（API）,利用聚类分析和趋势分析等方法,研究了中国城市空气污染的区域分布和季节变化特征,讨论了天气现象对空气污染指数区域分布的影响。研究表明：（1）根据空气污染指数,中国73个城市可分为6个类群,分别是东北城市群、华北城市群、山东城市群、中西部城市群、华中和东南沿海城市群以及华南城市群;（2）与前期研究相比,降雨依然是影响API时空分布的主要因素,频繁发生的霾天气也成为API变化的重要原因;（3）当API≥100时,霾、沙尘和烟幕等天气现象对API空间分布的影响存在城市群间差异;（4）趋势分析表明,北方大部分城市的API呈降低趋势,而南方约50%城市的API呈上升趋势,PM2.5~10的浓度变化可能是造成这种变化趋势的主要原因。

北黄海海域大气湍流强度特征及风速标准差相似性分析

根据国家海洋局＂908＂专项北黄海海区海洋气象观测资料,计算了2007-2008年间该海区4个不同季节的大气湍流强度并与其他海区及陆地下垫面大气湍流值相比较。北黄海海区大气湍流强度量级为10-2,比陆地下垫面大气湍流强度低一个量级。由于海洋的特殊性质,对秋季大气湍流强度日变化的分析发现,在大气湍流强度的影响因素中,海洋的热力作用相对较大。对水平方向风速标准差是否满足Monin-Obukhov相似关系进行了探讨,数据显示,在不稳定层结下冬季水平方向无量纲风速标准差与Z/L的关系,基本满足1/3次方律。秋冬在不稳定层结下垂直方向风速标准差满足Monin-Obukhov相似理论。

渤海初级生产力的若干理化影响因子初步分析

根据文献资料分析了辐射、温度、透明度和营养盐浓度等影响渤海初级生产力的主要理化因素 ,定量给出了它们的相关程度。这些因子与初级生产力之间的线性相关系数约为 0 .5～ 0 .8,且以透明度与初级生产力的相关性最好。然后利用一个简单的海洋生态系统动力学模式 ,进一步讨论了物理和化学强迫对渤海初级生产力的影响。物理和化学环境的改变不仅能影响初级生产力的大小 ,也决定了其时间变化特征。

东亚地区的硫沉降特征分析

利用一个硫沉降模式讨论了东亚地区的硫沉降特征。大多数地区，干沉降是硫沉降的主要形式，在降水区，湿沉降可占总沉降的２０％～９５％。干沉降以ＳＯ２的沉降为主，ＳＯ２的干沉降占总干沉降的７０％～９０％。降水引起的湿沉降主要是ＳＯ４２－的沉降，ＳＯ４２－的湿沉降量一般为ＳＯ２湿沉降量的１～９倍。干沉降与排放量之比的大值区与排放的大值区相对应，但其中心与排放的大值中心不重合，而是在其附近。

污染源、干沉降和气相化学影响硫沉降的数值研究

利用欧拉型区域硫沉降模式对污染源、干沉降和气相化学等物理化学过程在酸沉降中的作用进行了数值分析。结果表明：排放源的强度和高度影响着污染物的分布和输送，其影响是非线性的。在区域酸沉降模式中，干沉降速度和气相化学转化率简单地取为常数对ＳＯ２及ＳＯ２－４浓度分布引起的误差是不可忽视的。

大气污染物向海洋的输入及其生态环境效应

纵观 2 0年来 ,特别是近几年来逐渐成为生物地球化学循环研究热点之一的大气对海洋物质输入的研究 ,从大气物质入海通量 ,大气物质入海对海洋生态系统和环境的影响 ,大气物质入海的科学研究计划和项目等方面分析了这一领域的研究现状和未来趋势。给出了不同海区各种主要大气入海物质的通量或在同类物质入海总量中的比例 ,讨论了氮、磷、铁等营养物质和持续性有毒污染物 ,如PAH、PCBs。

河谷城市小风条件下的近地层湍流特征

利用兰州城市和郊区皋兰县冬季同期的湍流观测资料，分析了城市和郊区的湍流强度、脉动速度标准差和湍流的欧拉时间积分尺度等湍流特征量，并与其他地区的湍流观测量进行了对比，从而揭示了兰州河谷城市小风条件下的大气湍流特征。

大气中硫污染物的干沉降模式

建立了计算ＳＯ２和硫酸盐气溶胶干沉降速度的数值模式，模式中考虑了气象条件、下垫面特征等因素对不同污染物干沉降速度的影响．并利用该模式计算了典型下垫面上ＳＯ２和ＳＯ２－４的干沉降速度，其变化范围分别为０．２—１．０ｃｍ／ｓ和０．１—０．８ｃｍ／ｓ，与文献给出的结果对比表明，该模式用于计算硫污染物的干沉降速度是可行的。最后给出了包括我国大部分地区白天和夜晚的硫污染物干沉降速度的区域分布．

酸性污染物欧拉型输送转化模式的研究

数值模式是研究酸性污染及其长距离输送特性的一种重要方法。７０年代以来，国内外发展了许多欧拉型污染物输送转化模式，我国在欧拉型酸性污染物长距离输送模式的研究中也取得了重要进展。主要介绍了国内外的欧拉型酸性污染物输送转化模式，并就模式的发展方向进行了讨论。

东亚地区硫污染物的空间分布特征

利用一个硫沉降模式分析了东亚地区ＳＯ２和ＳＯ４２－浓度的空间分布及其特征．不同天气条件下，ＳＯ２和ＳＯ４２－的浓度不同，高层ＳＯ２和ＳＯ４２－的浓度分别为０４—１０μｇ／ｍ３和０２—０５μｇ／ｍ３；中层为４０—１００μｇ／ｍ３和２０—６０μｇ／ｍ３；近地层为４０—３００μｇ／ｍ３和２０—８０μｇ／ｍ３．分析表明，近地面浓度分布受源的影响比较明显，高层的浓度分布与湿清除过程密切相关，其浓度的低值区与降水区和云区有较好的对应．中层浓度分布体现了源、中层气流及湿清除的共同作用．

1999年渤海浮游植物生物量的数值模拟

以浮游植物量、浮游动物量、营养盐浓度 (包括无机氮和无机磷 )以及碎屑量为生态变量 ,在HAMSOM水动力学模式的基础上构建了 1个三维浮游生态动力学NPZD模型。采用此模型研究了渤海 1999年浮游植物量和初级生产力的变化情况 ,模拟结果与实测基本相符。模拟结果表明 :1999年渤海浮游植物量的变化大致呈双峰分布 ,春季水华出现在4,5月份 ,秋季水华出现在 9,10月份 ;受透明度和局地水深的影响 ,渤海湾和辽东湾北部浮游植物量的年变化呈夏季大、冬季小的单峰分布。 1999年渤海不同海区初级生产力的变化特征是 :除莱州湾一年中有春、夏 2个峰值外 ,其它 3个海区都是夏季高、冬季低的单峰分布 ;1999年整个渤海年平均的初级生产力为 2 5 7mgC/m2 /d。

水层生态系统动力学模式参数的敏感性分析

通过生态动力学模式参数的敏感性试验，比较详细地讨论了模拟结果对影响因子的敏感性。模式在温度、辐射和透明度等实际观测资料的强迫下，模拟了１９８２年５月至１９８３年５月渤海水层生态系统的年变化。分析表明，浮游植物的最大生长率、海水的消光系数、浮游动物对浮游植物的最大捕食率、捕食效率和碎屑的再矿化率是影响渤海水层生态系统年循环的主要因子。

海洋浮游生态系统动力学模式的研究

分析了海洋浮游生态系统动力学模式的结构，讨论了其研究现状。９０年代以来海洋浮游生态系统动力学模式的特点是：状态变量的个数较以前有所增加，从２－４个增加到３－７个，生物过程的描述更加细致；注意刻画物理过程的作用，特别是垂直方向上湍流的交换作用；利用或改进原来的模式，研究新问题；模式仍以一维为主，同时三维耦合模式也得到发展和应用；研究区域仍以北大西洋为主，也出现了研究赤道太平洋、阿拉伯海、东海等海区的工作。

大气污染物对流垂直输送作用的探讨

利用一个欧拉型硫沉降模式探讨了积云对硫污染物的对流垂直输送作用．结果表明，积云引起的垂直气流是造成大气污染物浓度分布及输送通量变化的重要因素．对流垂直输送可使硫污染物在高层出现大浓度区，浓度的增加率为５０％—４００％，中层和低层的浓度相应也有所变化．积云区内南北剖面上的通量也因对流输送作用在高层出现了大值中心．