生态系统通量研究进展

开展生态系统通量的长期定位观测研究具有重要的意义,本文在总结生态系统通量概念与内涵的基础上,概要介绍了全球通量网、区域通量网(美洲网、欧洲网、亚洲网)和中国陆地生态系统通量观测研究网络的建设与发展历程,以及生态系统通量的主要研究方法,包括微气象学方法(涡度相关法、质量平衡法、能量平衡法和空气动力学法)和箱式法(静态箱法和动态箱法)及其基本工作原理;系统地对不同生态系统类型,包括森林生态系统、农田生态系统、草原生态系统和水体生态系统的CO2通量、N2O通量、CH4通量、热通量等研究成果、方法及进展进行了评述;最后,结合我国不同生态系统类型通量研究的现实与需要,从生态系统通量研究的策略、水平、方法以及资金的投入、数据的管理与使用等方面提出了一些合理化建议与展望.

森林生态系统CO_2通量的研究方法及研究进展

介绍了测量森林生态系统CO2 通量的微气象法和箱式法。其中 ,微气象学方法着重介绍了涡旋相关法和驰豫涡旋积累法的基本原理及数据分析过程中应注意的问题 ,并简要介绍了能量平衡法和空气动力学法。箱式法主要介绍了其测定基本原理和数据的模型化处理及应注意的问题。同时 ,对近年来欧洲和美洲在森林生态系统CO2 通量研究中所取得的进展进行了概述。

高温地热区土壤微渗漏的温室气体释放通量研究:以藏南羊八井地热田为例

土壤微渗漏是地球深部的构造-岩浆活动向大气圈释放温室气体的重要形式之一。近年来,国外许多地热区已经开展了土壤微渗漏温室气体释放通量的定量研究,然而,目前我国尚无该方面的系统研究报道。本文阐述了利用密闭气室法测量地热区土壤微渗漏温室气体释放通量的方法和原理,并将其应用于青藏高原的羊八井地热田。根据研究区的地热活动强度,将羊八井地热田划分为土壤微渗漏释放较弱的A区和土壤微渗漏释放较强的B区。计算结果表明,A区和B区的CO2气体释放通量分别为6.7g·m-2·day-1和98.5g·m-2·day-1。两区释放通量的差异主要受控于断裂的发育程度,即A区位于裂谷的中部,断裂发育程度较差,B区靠近念青唐古拉正断层,断裂发育程度较高,为温室气体的逸出提供了良好的运移通道。羊八井地热田土壤微渗漏CO2气体的释放总量约为8.6×104t·a-1,接近于意大利Vulcano火山区的土壤微渗漏温室气体释放规模(1×105t·a-1)。研究区的气体同位素组分测试结果显示,He同位素值介于0.107RA^0.648RA(RA为大气3He/4He比值),δ13C值介于-11.33‰^-6.79‰(vs.PDB),表明羊八井地热田的温室气体可能主要来源于大陆俯冲环境下的加厚陆壳,其温室气体释放通量的规模主要受控于地壳的岩浆活动以及南北向裂谷拉张作用。羊八井地热田所在的拉萨地块是青藏高原温室气体释放活动最强烈的区域之一,以往的研究表明,青藏高原出露大量新生代火山、地热区,开展火山、地热区温室气体释放通量的研究将有助于深入理解地质因素向当今大气圈释放温室气体的规模等与深部碳循环相关的科学问题。

鄂南4种典型土地利用方式红壤CO_2排放及其影响因素

以湖北省咸宁地区分布的红壤为研究对象,采用静态箱法对4种典型土地利用方式(水稻-油菜轮作田,旱地,林地,果园)土壤CO2的排放特征及其相关影响因子进行了观测研究.结果表明,4种利用方式土壤CO2的年排放总量从高到低分别为水稻-油菜轮作田1129 g/(m2.a),果园828 g/(m2.a),旱地632 g/(m2.a),林地533 g/(m2.a).土壤CO2排放通量呈现明显的季节性变异,水田夏季淹水期排放低,而其它3种土壤都是夏季最高,春秋次之,冬季最低,并与对应的大气温度、土壤温度变化趋势基本一致.其中5 cm地温与4种土壤CO2排放通量均成极显著的相关关系,且以林地的相关性最大.除水田外,其它土壤CO2排放通量与大气温度均呈显著正相关关系.根据5 cm地温与CO2排放通量的相关方程计算得出,4种利用方式红壤的Q10分别为水田1.51,果园1.88,林地2.08,旱地2.7.土壤CO2排放通量与土壤WFPS之间并没有明显的相关关系.土壤可溶性有机碳(DOC)含量与CO2排放通量的变化趋势基本一致,且DOC在降水或淹水的情况下显著增大.

不同利用方式对红壤CO_2排放的影响

采用静态箱法研究了我国亚热带红壤区农田利用方式 (旱地或水田 )对土壤 CO2 排放及其相关因子的影响 ,并估算了旱地和水田 CO2 的年排放通量。结果表明 ,水田在淹水植稻期 (夏季 ) ,其排放通量明显低于旱地 ,而在非淹水期 (排水落干或休闲期 ) ,其排放通量则显著高于旱地。 CO2 排放通量呈现明显的季节性变异 ,旱地以夏季最高、春秋季次之、冬季最低 ;而水田则以秋季最高、其次是春冬季、夏季最低。土壤温度和湿度分别是影响旱地和水田 CO2 排放的主导因子 ,可将二者与通量的指数关系作为模型 ,分别进行旱地和水田 CO2 排放的估算。经模型估算 ,我国中亚热带旱地和水田红壤 CO2 的年排放通量分别为 1.37和 2 .73kg CO2 / (m2 · a) )。

静态箱法测定旱地农田温室气体时密闭时间的研究

应用自动观测装置对华北平原冬小麦田典型天气条件下密闭箱内气体排放通量进行了连续测定,分析了不同气体排放通量的变化过程,研究了密闭时间对其产生的影响.结果表明：测定CO2的密闭时间应不超过25min,测定N2O的密闭时间以15～30min为宜,测定CH4的密闭时间应在30min以内.此结果对静态箱法测定农田温室气体具有重要的参考价值.

准好氧填埋场作业台阶表面CH_4气体的释放通量研究

采用静态通量箱/气相色谱法对河北某准好氧填埋场不同填埋龄作业台阶表面CH4气体的释放通量进行了测定。结果表明,准好氧填埋场作业台阶表面CH4气体的释放通量存在较大差异,其最大值和最小值分别为215.51和0.13g/(m2.d)。各填埋作业区中越靠近导气管的区域CH4气体释放量越大,而相同填埋作业区上午、中午和下午释放的CH4气体通量差异相对较小,但呈下午>中午>上午的趋势。填埋龄为8,12,16和20个月的各填埋作业区中CH4气体的平均释放通量分别为4.79,21.15,81.04和7.44g/(m2.d),并随着填埋龄的增加呈先增加后降低的趋势,在填埋16个月左右达到其释放高峰。此外,准好氧填埋场不同填埋龄作业区表面的CH4气体释放通量随着距离导气管距离的增加呈指数函数递减。

超燃发动机燃烧室壁面辐射热流的预测分析

采用蒙特卡罗法结合Edwards指数宽谱带模型模拟计算了超燃发动机燃烧室内的辐射换热.燃烧产物由二氧化碳、水蒸汽与其它非辐射性气体组成。计算中,考虑了压力、温度、组份含量对辐射性气体光谱吸收系数的影响.通过计算,获得了燃烧室壁面的辐射热流分布.研究结果表明,燃烧室内高温高压燃气的热辐射作用很强,壁面辐射热流可达到2.2×10~5W/m^2.

沼液施用对土壤温室气体排放的影响

采用静态箱-气相色谱法,于2010年7月(夏季)、2011年3月(冬季)进行了不同沼液施用量对土壤二氧化碳(CO2),甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)气体排放影响的研究。试验期间,沼液施用设为大量施沼液(夏季为28.36 g.m-2,冬季为1.94 g.m-2),正常施沼液(夏季为9.45 g.m-2,冬季为0.65 g.m-2)和不施沼液等3个水平。结果表明:①夏季或冬季,处理对土壤二氧化碳排放影响均不显著。②夏季沼液施用8 h内,处理间对土壤甲烷排放具极显著差异(P<0.001),其中大量施沼液时通量最大为3.98 mg.m-2.h-1;正常施沼液时通量最大为1.25 mg.m-2.h-1,8 h后处理间无显著差异(P>0.05)。冬季在大量施沼液时,初期土壤甲烷排放通量明显高于正常施沼液及不施沼液,最大为0.28 mg.m-2.h-1;随后处理间土壤甲烷排放通量无显著差异。③夏季沼液施用20 h内,处理间对土壤氧化亚氮排放具极显著差异(P<0.001),最大值达1 641μg.m-2.h-1;处理间呈显著差异(P<0.05),大量施沼液、正常施沼液和不施沼液时土壤氧化亚氮排放通量分别为224～349,70～137,33～57μg.m-2.h-1;冬季则处理间土壤氧化亚氮排放无显著差异。

薄边界层法与静态通量箱法估算水-气界面CH_4通量对比

采用薄边界层法与在线测量-静态通量箱法对三峡库区水-气界面温室气体甲烷(CH_4)通量进行比较,得到两种估算方法差异性.结果显示:静态通量箱法结果多数点高于薄边界层法,一般为薄边界层法的1.2~12倍;极少数点薄边界层法高于静态通量箱法.

水-气界面CO_2通量监测的静态箱法与薄边界层模型估算法比较

模型估算法与静态箱法是水-气界面气体通量监测的主要方法,因原理不同监测结果通常存在一定差异.目前对引起上述差异的主要环境因素仍不清晰.本研究使用自行设计的静态箱对三峡支流澎溪河水-气界面CO2通量进行监测,并与同步开展的CO2通量薄边界层模型估算法结果相比较,探讨该水域引起这两种监测方法结果产生差异的主要环境因素.结果表明,瞬时风速、水汽温差及水深均会对静态箱法及模型估算法的监测结果产生影响.风速越强、水汽温差越大、水深越大,这两种方法监测结果的差异就越小;而水域面积对两种方法的差异没有影响.比较发现,两种方法所获通量数据呈显著正相关,但静态箱法所获通量数据离散性显著高于薄边界层模型估算法.从方法的稳定性角度,在峡谷河道型水库水体温室气体监测中薄边界层模型估算法可能更为适宜.

常见陆地温室气体通量测量方法比较

陆地生态系统对温室气体的排放有重要贡献,从而影响着全球气候变化。通量测量主要包括箱法、微气象学法、土壤浓度廓线法等。系统地介绍了箱法、微气象法、土壤浓度廓线法以及同位素法的优缺点和适用情况,并且对不同方法进行了比较,认为温室气体测定方法与其他学科以及新技术的结合必将成为未来的发展趋势。

发电水库中温室气体通量实时现场测量分析技术

为揭示自然水域生态系统人工改变后释放的温室气体通量及其转化过程,总结了发电水库中温室气体通量实时现场测量的五种方法,并分析比较了各种方法的利弊,结果表明浮箱自动监测仪法与便携式固态近红外激光器测量方法效果较好,可供未来研究工作优先选用。

适用于冰雪条件下的通量箱设计及野外实验

基于汞污染物特征,介绍了地气界面间汞交换通量研究现状,详细阐述了目前广为使用的通量箱法的优缺点,在分析讨论箱体法过程的基础上,结合冰雪条件应用和本科教学创新实验的目标,对传统箱体法提出了若干改良设计,并初步探索了应用改良箱体法进行冬季研究的主要内容,本研究是本科生教学实验改革与创新的有益尝试。

农田N_2O通量测定方法分析

采用空气动力学方法、波文比 /能量平衡法及密闭箱法结合气相色谱分析对农田N2 O通量进行了测定。在夏天和秋天观测前的 1～ 2周 ,148和 10 9kgNhm-2 肥料被分别施入夏玉米田和冬小麦田。实验表明 :空气动力学法与波文比 /能量平衡法测定的N2 O通量在冬小麦田较为接近 ,在夏玉米田则相差较大。夏玉米冠层上方温湿梯度的细微变化可导致能量平衡法计算的N2 O通量发生较大离散 ,从而与空气动力学法的计算结果产生较大偏差。观测期间 ,微气象法和密闭箱法测定的农田N2 O日平均通量在夏玉米田分别为 18± 37和 8± 5ngNm-2 ·s-1;在冬小麦田分别为 43± 2 1和 6± 1ngNm-2 ·s-1。微气象法测定的农田N2 O通量高于密闭箱法的观测值 ,由此推测作物冠层可释放N2O ,其机制可能是土壤中生成的N2 O被作物的蒸腾液流输送到大气中。微气象法和密闭箱法测定的N2 O通量间的差异在冬小麦田大于夏玉米田 ,表明冬小麦释放N2 O的量大于夏玉米。这可能是冬小麦根系分布较夏玉米深的缘故。采用密闭箱法观测时 ,箱内气温发生变化 ,半小时内最高可增加10℃ ,因地温变化小 ,其对土壤中N2 O的生成并无显著影响。由于密闭箱法观测忽略或低估了植物释放的N2 O ,且箱内的边界层阻力可能高于箱外 ,其测定的地表N2 O通量偏小。

2016-2020年安徽省全椒养殖塘碳水通量数据集

养殖塘是受人为活动干扰的内陆小型水体,是大气的碳源,也是区域水分蒸发的重要贡献源。准确观测其碳水通量是准确量化内陆水体碳排放以及蒸发贡献的重要基础。南京信息工程大学在安徽省全椒县官渡村一处淡水养殖基地建立了进行小型水体碳水通量综合观测的大气环境试验基地。本数据集包含了在该站点观测的2016–2020年的CO_(2)通量数据(多通道密闭式动态箱观测)、CH_(4)通量数据(涡度相关法观测、多通道密闭式动态箱观测、倒置漏斗法观测)和潜热、显热通量数据(涡度相关法观测),也包含了气温、水温、辐射等关键环境要素数据。所有数据都进行了规范的数据处理及质量控制。本数据集可为区域及全球内陆小型水体碳排放及蒸发贡献的准确估算提供重要的数据支撑。

影响静态箱检测开放式气体排放源N2O排放通量的关键因子

为研究影响静态箱检测开放式气体排放源氧化亚氮(N2O)排放通量的关键因子,以提高静态箱检测气体排放通量的准确性,该文在实验室条件下,探究了箱体配置(有无通气孔、有无风扇)和检测条件(不同密闭时间:30、40、50和60 min;不同排放源表面风速:0、0.5、1.0、1.5和2.0 m/s)对300 mm(直径)×300 mm(高度)(D300 mm×H300 mm)的静态箱检测N2O排放通量准确性的影响规律。结果表明,不同配置的静态箱测量结果偏差率随时间的变化趋势均相同,其中有通气孔和风扇的箱体在不同风速下的检测稳定性较好,检测准确性最高。当排放源表面风速为0~2 m/s时,风扇对静态箱检测准确性无显著性影响,排放源表面的风主要通过通气孔影响静态箱的检测准确性。静态箱检测的气体排放通量与实际排放通量的偏差率随排放源表面风速和箱体密闭时间的增加而显著降低。该试验推荐在排放源表面风速小于2 m/s的无粪便堆积的奶牛运动场以及排放源介质相似的开放式气体排放系统中使用有通气孔和风扇的静态箱对N2O排放通量进行检测,密闭50 min。

养殖塘CH_(4)通量时空变化特征及其影响因素

本研究基于多通道密闭式动态箱法对亚热带典型养殖塘CH_(4)通量的时空变化特征及其影响因素进行了分析.结果表明:亚热带养殖塘CH_(4)主要排放方式是冒泡,CH_(4)扩散及冒泡通量均呈现明显的季节变化特征.春、夏、秋、冬4个季节CH_(4)扩散通量分别为:0.113,0.830,0.002,0.005μmol/(m^(2)·s),冒泡通量分别为0.923,1.789,0.006,0.007μmol/(m^(2)·s),冒泡通量占总通量的比例分别为89.04%、68.29%、78.95%和60.52%.在冬、春季养殖塘没有人工管理措施的情况下,CH_(4)通量随着离岸距离的增加而增大,冬、春季养殖塘中间区域CH_(4)总通量分别是岸边浅水区的34.70和2.98倍.夏季养殖活跃期CH_(4)通量在空间上呈现出:人工投食区(7.371μmol/(m^(2)·s))>自然生长区(2.151μmol/(m^(2)·s))>人工增氧区(0.888μmol/(m^(2)·s))>岸边浅水区(0.206μmol/(m^(2)·s))的特征.在0.5h尺度上,春季CH_(4)扩散通量与水温呈显著正相关关系,与风速呈负相关关系,秋季CH_(4)扩散通量与水温、风速呈正相关关系,冒泡通量和水温呈正相关关系.在日尺度上,水温是CH_(4)扩散通量和冒泡通量的主控因子,两者均随着水温升高呈指数增加,并且冒泡通量的水温敏感性Q10(12.72)大于扩散通量(7.78).

二维炉膛辐射热交换流法数学模型

应用流法(亦称通量法)建立了小尺寸实验炉流场和温度场数学模型,选用CELS(Coupled Equation Line Solution)联合逐线交叉迭代法进行了求解。在实验炉上做了实验验证,结果吻合较好,说明流法可以较准确地应用于小尺寸工业炉窑的预示计算中。

磁矢量位及复合形法用于旋弧磁场计算及结构优化

介绍多媒质、复杂结构旋弧磁场的计算方法及灭弧室结构尺寸的优化方法。明确指出笼统地谈论磁密系数及Ｉ·－ψ·相差大小在概念上是不严密的。给出了典型计算结果及优化示例。