黄海和东海的环流数值模拟研究

本文从海洋三维原始动力学方程出发,考虑真实地形及(1/4)°×(1/4)°的水平网格,同时考虑黑潮和潮流,数值模拟黄海和东海的环流系统,主要结论是:1)模拟调和常数与分布于该区的81个台站的实测调和常数相比,日分潮振幅和位相的平均绝对误差分别为1.7cm和5.2°,半日分潮M_2振幅和位相的平均绝对误差分别为4.1cm和3.7°;2)模拟的黑潮路径与长期观测结果相吻合;3)黑潮进入研究区域后,一分支从台湾东北部分离出来后进入东海,影响可达29°N,这与海洋普查的调查结果以及文献中的结果一致;4)黑潮的一个分支北上形成对马暖流的一部分,且对马暖流是多源的,对马暖流通过对马海峡进入日本海,同时模拟结果显示一支由日本海进入研究区域的海流,后者需进一步调查和研究;5)黄海表层流主要沿南下方向,在近底层。中国和朝鲜的沿岸流为南下,黄海底层海盆由一顺时针方向的环流控制着,在中国成山头以外的北黄海底层,存在一较弱的逆时针环流。

青藏高原主要生态系统净初级生产力的估算

利用青藏高原贡嘎山、海北、五道梁、拉萨等4个野外台站2000～2002年的观测数据、陆地生态系统模型与2001年MODIS遥感数据相结合的方法来估算青藏高原区域的净初级生产力.结果表明:青藏高原区域的净初级生产力空间分布趋势表现出由东南向西北逐渐递减的梯度,该趋势也与水热梯度表现基本一致;整个青藏高原的净初级生产力为302.44×1012gC yr1,其中森林的净初级生产力最高,120.11×1012 gC yr1,占整个高原净初级生产力的39.7%;全年中夏季(6～8月)的净初级生产力最高,246.7×1012gC yr1,约占全年总净初级生产力的80%.用实测数据验证模拟结果表明,二者非常相符.

气候变化对太行山土壤水分及植被的影响

在太行山低山区将自然植被移入蒸渗仪,观察当降水分别为常年平均降水量的80%、90%、100%、110%和120%等5种处理条件下,植被生产力和土壤的不同反映。研究发现:受验植被对降水反映敏感,降水每增加10%,植被生产力增加15%左右,预示未来全球变化导致的降水变化会对太行山低山区植被产生影响。同时在利用野外实验结果对WAVES模型进行验证的基础上,模拟了不同温度和降水变化情景下,土壤水分的可能变化趋势。结果表明:增温和减少降水对土壤水分负作用明显,尽管降水增加可改善土壤的水分供应状况,但降水增加10%对土壤水分的正面影响,大体被3 oC的增温抵消。由于模型模拟中采用的是与目前没有改变降水条件的实验相同的植被(LAI),而植被生长在太行山这一半湿润、半干旱地区又受土壤水分控制,因而估计未来气候变化情景下的植被变化与土壤水分的变化趋势相似。

亚太地区环境综合监测的研究方法——APEIS项目研究综述

为了对亚太地区的环境灾害、环境破坏和环境退化及其影响进行监测和评估,由日本环境省发起的亚太地区环境革新战略项目(APEIS) 环境综合监测子项目(IEM) 自2001年开始,建立了一个以MODIS卫星数据和地面观测资料为基础的综合环境监视网络系统。该网络系统起初是由日本国立环境研究所(NIES) 和中国科学院地理科学与资源研究所(IGSNRR)共同合作建成的。之后,新加坡国立大学和澳大利亚联邦科学产业研究组织(CSIRO) 地球观测中心也正式宣布加入,该系统覆盖整个亚太地区。美国宇航局(NASA) 提供了一套MODIS的高级数据产品,然而,这些产品没能在亚洲地区利用当地的实测资料进行充分地比较和验证。APEIS项目旨在提供利用该地区精确地面观测数据进行了比较验证的高质量数据集。利用该数据集可以推导出水分亏缺指数、沙尘暴指数、地表面温度、土地覆盖变化, 以及净第一性生产量等一系列生态环境指标,从而对环境破坏、环境退化和生态脆弱区进行长期有效的监测。为了评价水资源、食物生产等生态系所提供的产品与服务的现状和变化特征,本研究还开发了一个可利用MODIS数据的流域环境综合管理模型。该模型已经被用于对流域规模的水、热、碳循环、泥沙转移以及农业生产等生态要素的模拟和评估。

盐生荒漠地表水、热与CO_2输送的实验研究

利用安装在准噶尔盆地南缘多汁盐柴类荒漠上的涡度相关系统与配套的微气象观测系统所得数据,分析了显热、潜热与CO2通量的日过程和季节变化特点及各通量间的相互关系。数据显示了一个明显违背植物水分关系一般规律的现象:当水汽(潜热) 通量明确显示土壤水分亏缺时,净光合(CO2通量) 却未受到影响。因此推测当地原生植物的根系在积盐严重的土壤上层没有发育,所以其水分状况与光合能力不受上层土壤干湿的影响,观测到的水汽通量的变化主要由土壤蒸发的变化造成的。

长江流域稻田生态系统的水分和养分转换过程

田间模拟施肥进步和灌溉模式的定位试验在中国科学院桃源农业生态试验站进行.结果表明施肥制度和水分管理模式显著地影响水分和养分的转化过程和生产效益.单施N的产量效应为4.5 kg/kg,而NP或NPK配施养分总的产量效应分别为8.8 kg/kg和8.0 kg/kg;有机物料循环的增产率为56.8%,在有机物料循环的基础上配施NPK化肥最大的增产率可达到80.1%;化肥应用的进步可使水稻产量增长62.5%或通过施肥实现的水稻产量中由于化肥应用所占的贡献份额为38.4%,有机无机肥配合水稻产量增长80.1%,或通过施肥达到的产量中有机无机肥配合所占的份额为44.4%.本区双季稻年灌溉需水量为5838 m3/hn2,年变异C.V=8.3%.晚稻灌溉占全年的71%,7-9月是灌溉需水高峰期,占全年灌溉量的68%.生产灌溉效率(灌溉水量与产量之比):生物量3.67 kg/m3,精谷量1.48 kg/m3.常规管理田间水分分配为:蒸散占1/2,翻耕整地占1/6,植物构成占1/21,田间渗漏占1/14,其它环境耗水(维持)占1/5.耕灌雨养管理翻耕整地和田间渗漏比例过高.不同灌溉处理试验表明:双季稻生产的灌溉,以早稻保持水层灌溉,晚稻按需配额灌溉的模式比较适宜.

MODIS水汽通量估算方法在华北平原农田的适应性验证

利用遥感手段估算区域水汽通量对研究区域气候变化及生态系统功能评价颇具意义.但是由于估算模式涉及时空差异很大的地表特征参数很难完全通过遥感数据获得,因此MODIS水汽通量数据产品(MOD16)至今尚未问世.本研究以中科院禹城综合实验站2002年4～5月份冬小麦田的涡度相关实测水汽通量为标准,验证MOD16算法所估算的农田水汽通量,结果表明直接使用MOD16算法计算的麦田水汽通量比实测水汽通量平均偏大近20%.对其中的作物三基点温度、空气动力学阻抗计算方法和植被覆盖度进行修正,修正后的MOD16计算结果和实测值非常吻合,1∶1曲线斜率为0.9706,相关系数R2为0.8845.这为利用MODIS数据大面积估算农田水汽通量提供了科学依据.

中国近海浮游植物生产的二甲基硫和二甲基硫丙酸的分布状况及其影响因素(英文)

于1994～1998年期间调查了浮游植物生产的生源气候气体二甲基硫(DMS)及其前身二甲基硫丙酸(DMSPp)在我国胶州湾、芝罘湾、东海的分布状况及其影响因素。结果表明,自然海区中二者浓度都存在明显的时空变化。地理分布规律是,高值出现在沿岸海区和陆架海区,低值出现在外海特别是贫营养海区。就不同季节而言,高值出现在春季或夏季,低值出现在秋季。DMS或DMSPp的分布在大尺度上主要受海流和水团的影响,而在小尺度上营养条件和生物因子则更重要。在近岸海区,硅藻是DMS和DMSPp的重要贡献者。研究海区硝酸盐与DMSPp的关系有两种情况:当硝酸盐浓度低于1μmol/L时,二者为正相关,硝酸盐浓度高于这个阈值时,二者为负相关。表明浮游植物细胞中二甲基硫丙酸作为渗透压调节物质其含量受到氮源可得性的调控。此外,研究结果还显示,生活污水入海、海水养殖等也对DMS和DMSPp的浓度分布有一定影响。

日本播磨滩卡盾氏藻(Chattonella)赤潮的发生机理

在濑户内海家岛海域未被破坏的自然生态系,使之形成中型围隔生态系。在6m以上浅海水域人为形成富营养化,由于古卡盾氏藻(Chattonella antiqua)导致赤潮发生,海洋生态系受到破坏。

不同类型生态系统水热碳通量的监测与研究

亚太地区环境革新战略项目(APEIS) 在中国5种主要生态系统类型区(草地: 海北、耕地: 禹城、稻田: 桃源、林地: 千烟洲、荒漠: 阜康) 建立了一个以连续观测能量、水分和碳素通量为中心,包括气象、水文、土壤、植被等各项生态要素的监测网络系统,被称之为APEIS-FLUX系统。作者首先对APEIS-FLUX系统的观测数据进行了初步分析,表明该系统稳定可靠,它可以实时地提供高质量、高精度、长期而连续的通量及生态要素的观测数据。对数据的比较清楚地反映出了不同生态系统类型区的水热碳通量的差异性。其次,利用APEIS-FLUX数据对美国航空航天局(NASA) 的MODIS数据产品进行比较验证后发现,除部分产品如地表面温度(MOD11) 等与观测数据较吻合以外,大部分数据产品如土地覆盖(MOD12),叶面积指数(MOD15) 和光合速率与净第一性生产力(MOD17) 等都与观测数据相差深远,有必要对其处理程序和模式进行修正。为此,我们利用APEIS-FLUX的数据作为MOD15和MOD17的生成模型(BIOME-BGC) 的输入数据,并对该模型的有关参数进行了修订。结果表明,该模式在通过修正后,可以很好地模拟植被的生长过程及其相应的水热碳循环过程。

基于TOPEX/Poseidon卫星数据的江河流量测算

TOPEX/Poseidon卫星的原始目的是测量海面高度变化信息,为海洋监测服务.作者通过假设基准面的方法,将由TOPEX/Poseidon卫星数据估算的下垫面水位相对变化信息转化为'水位'系列并建立了由TOPEX/Poseidon得出的'水位'与相邻水文站实测流量间的相关关系,进而实现了由TOPEX/Poseidon卫星数据估算河道流量的目的.利用1998～1999年TOPEX/Poseidon在长江下游大通附近的过境数据和对应年份大通水文站实测流量数据,验证了本方法的可行性.研究结果表明:在长江下游河道地区,由TOPEX/Poseidon卫星数据可定量估算出河流流量信息.

长江干流主要营养盐含量的变化特征——1998-1999年日中合作调查结果分析

根据1998年和1999年秋季在长江干流从重庆至长江口进行的纵向采样和分析,对长江干流的各态氮、磷含量的沿江变化进行研究.从整体上了解长江干流的水质变化特性,特别是营养盐含量的分布状况.研究结果表明,长江干流的ss浓度很高,介于50～400mg/l.TN、TP浓度分别在70～110 μmol/L、2～25 μmol/L之间,前者以NO3-N为主,后者以PTP为主,PO4-P含量仅占TP的10%～20%.DIN/PO4-P的比值在70～160之间,远高于浮游植物生长P限制值,表明长江口及临近海域中P可能是生物生命活动的主要限制因素.葛洲坝水库对ss、TP、TN、NH4-N、BOD、COD等水质有一定的净化作用.长江水体在通过各大城市以及两大湖泊时,BOD、NH4-N负荷的增加迅速,特别是通过重庆、武汉、南京、上海及洞庭湖和鄱阳湖之后尤为明显.N、P含量的上升与人口增长、生活污水排放量及流域内化肥施用量增加有关.洞庭湖和鄱阳湖水系以及周围的面源负荷,对长江流域的营养盐变动有很大的影响.

应用Terra/MODIS卫星数据估算洞庭湖蓄水量的变化

以洞庭湖为例,利用2002年的美国Terra/MODIS卫星数据,以16天为周期将全年划分为23个时段,分别对湖区水位和蓄水量分布特征和变化规律进行动态监测和综合分析。具体测算方法包括以下4个步骤: (1) 根据湖区特性,将整个洞庭湖分为3个部分:自西向东依此是西洞庭湖(WDL), 南洞庭湖(SDL) 和东洞庭湖(EDL)。这3个部分的蓄水量之和就是整个洞庭湖的总蓄水量。(2) 以水体和陆地的光谱差异为基础,使用Terra/MODIS卫星的NDVI 数据识别并量测湖区水面积。(3) 将湖区水面影像同湖区数字高程模型DEM相叠加,以被监测的湖区水面的平均高度值作为水面高度。水面高度与湖底高度的差即为相应点的水深。(4) 按50 m×50 m网格大小和相应位置的水深的乘积来计算每个水柱体积。最后,将整个湖内的所有水柱的体积值累加便得到洞庭湖的总蓄水量。用上述方法测算的水位和蓄水量与实测资料进行了比较表明,两者具有很好的一致性。

基于全球降水数据估计值的地表径流模拟——以长江上游地区为例

为了评价在相对较短时间内针对长江上游地区地表水径流所建立模型的模拟效果,以及检验以GCM模型和其他卫星数据所估算的降水数据作为输入数据的可行性,选择分布式水文模型HSPF以及1987年和1988年的ISLSCP降水数据作为输入数据。模型模拟结果表明:从整个长江上游地区看,在校正期内,5天平均流量的Nash–Sutcliffe相关系数(R2) 为0.94;在验证期内,Nash-Sutcliffe相关系数(R2) 为0.95。此外,该模型对长江上游主要支流的5天平均流量的模拟效果也很好,R2的值在0.46到0.96之间。例外的情况主要发生在沱江和嘉陵江,模型对2年洪水期的峰值流速的估计值偏低,沱江只有实际值的71%,嘉陵江只有实际值的61%。ISLSCP估计的降水比实际测量的降水频繁且程度要弱,这可能是HSPF不能在所有时间和所有区域都具有较好模拟效果的一个主要原因。

侵蚀沉积模型在嘉陵江流域的应用

从20世纪50年代到80年代长江宜昌水文站观测的泥沙输送量逐年增加,但是到了90年代却出现了逐渐减少的趋势。泥沙量增加的原因主要是乱伐森林和土地利用方式的快速改变,而减少的原因则可能是采取了一系列防止水土流失的对策和在上游修建了许多大坝而造成的。嘉陵江流域是长江泥沙的主要源区之一,90年代每年从嘉陵江流域到长江的输沙量减少到1988年前的约36%。因此,分析该流域每年泥沙输送动态及其变化原因,对制定减小水土流失的森林规划,防止三峡水库的淤积以及保护长江流域的生存环境和生态系统等具有重大意义。本研究开发并改进了一个流域集水坡面上的侵蚀模型,并将它应用到1987年的嘉陵江流域,以对其适用性进行了研究。结果表明,该模式可被用于月度泥沙生产量的评估中。

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3a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52～398mg·m^-2．h^-1，其呼吸速率与不同深度（5，10和20cm）土壤温度呈指数相关关系（P〈0．001），以稻田5cm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178．5～259．9mg·m^-2·h^-1，年土壤呼吸总量为1．56～2．28kg·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．

长江三峡ADP流速剖面特征及其水文地貌环境意义分析

2002年5月21日至6月2日间,利用ADP等仪器对重庆至宜昌段三峡河床进行了纵剖面流速及地形的测试.工作期间的流量小于15000 m3/s.结果表明重庆至万县段流速与河宽成正比,最高流速达3.0～4.0 m/s,一般出现在河宽大于1000 m,水深小于20 m,由巨砾和卵石滩组成的碛滩部位,过水断面面积很小.相反,低流速出现在水深较大的河床部位,河宽小于500 m,河谷呈准'U'字型,过水断面面积较大.万县往下至奉节河段,最大流速基本都出现在水深大于50 m的峡谷河床部位,流速大于上部碛滩河段,河宽较小(小于600米),河床呈'V'字型,过水断面面积较小.奉节至秭归河段,水深大的部位,河宽小(小于500 m),河床呈'W'字型,过水断面面积较大,流速变小.研究表明过水断面控制着流速分布.秭归～葛洲坝之间出现缓流区(包括西陵峡),流速小于1.0 m/s,为葛洲坝建坝后效应.另外,葛洲坝建坝25年来河床明显淤积,库区河床淤积抬高达20 m,并且出现水面壅水现象,向上游可延伸150 km.坝下底床出现15～20 m的冲刷现象.