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Economy, environmental assessment and energy conservation for separation of isopropanol/diisopropyl ether/water multi-azeotropes via extractive distillation coupled pervaporation process 被引量:2
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作者 Qinggang Xu Yasen Dai +6 位作者 Qing Zhao Zhengrun Chen Peizhe Cui Zhaoyou Zhu Yinglong Wang Jun Gao Yixin Ma 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第2期353-363,共11页
This wok proposed the extraction distillation coupled pervaporation(ED+PV) technology process using two different solvents to separate isopropanol(IPA) and diisopropyl ether(DIPE) from DIPE/IPA/H_(2)O ternary heteroge... This wok proposed the extraction distillation coupled pervaporation(ED+PV) technology process using two different solvents to separate isopropanol(IPA) and diisopropyl ether(DIPE) from DIPE/IPA/H_(2)O ternary heterogeneous azeotropes in industrial wastewater from the synthesis of isopropanol in this study.Based on strict design specifications, simulation and sequential iteration methods are used for process design and optimization. Compared to the ethylene glycol(EG)-EG+H_(2)O process and the 1,3-propanediol(PDO)-IPA+H_(2)O process, the total annual cost(TAC) of the EG-IPA+H_(2)O process decreased by 20.76% and 7.86%(PDO). Compared to the EG-EG+H_(2)O process, the TAC of the PDO-IPA+H_(2)O process reduced 14%, but the global warming potential(GWP) and human toxicity of the PDO-IPA+H_(2)O process increased 11.3% and 4.07% respectively. Compared to the PDO-IPA+H_(2)O process, the EG-IPA+H_(2)O process saves 7.86%(TAC), 9.78%(GWP) and 9.85%(human toxicity). The ED+PV process with EG is superior to PDO in factors of TAC, energy consumption, human toxicity and environment. The EG-IPA+H_(2)O process changed the separation order of the products of the multi-azeotropic system, reduced the cost and energy conservation of the system, and enhanced the environmental protection evaluation of the process, is the best process through life cycle assessment for analyzing the economy, energy conservation, environmental assessment and human toxicity, designing cleaner products, controlling waste discharge, and promoting the chemical purification industry. This work provides a new process design and optimized separation ideas, will have a good guiding significance for the research and application separation of multi-azeotropic mixture with mixed solvents in organic wastewater from the cleaner chemical production, has been up to standard wastewater discharge process, and realized the development goal of carbon peak and carbon neutrality in the sustainable development of chemical clean industry. 展开更多
关键词 Life cycle assessment Extractive distillation coupled pervaporation Isopropanol/diisopropyl ether/water azeotropes Thermodynamic efficiency Human toxicity
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森林植被不同尺度的碳水过程及耦合机制研究进展 被引量:1
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作者 余新晓 武昱鑫 贾国栋 《水土保持学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期1-13,共13页
[目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要... [目的]陆地生态系统中的碳循环和水循环是陆地生态系统物质和能量循环的核心,也是连接地圈、生物圈和大气层的纽带。森林植被是陆地生态系统的重要组成部分,是表征陆地碳-水循环的重要变量,在维持生物圈和大气圈的动态平衡中发挥着重要作用。目前,对陆地生态系统中碳-水循环的耦合关系和机制缺乏系统的分析和总结。[方法]从森林植被碳与水过程及其相互作用、植被水分利用和耦合机制的角度,综述了森林植被碳与水循环过程及其相互作用的研究与进展,以及不同空间尺度(叶片到区域/全球尺度)碳-水耦合的定义、方法、进展和展望。[结果]新兴的技术和方法实现了不同尺度碳水过程的高频观测,WUE等耦合指标体系推动了碳水耦合机制的研究和发展。[结论]通过系统阐述植被碳水耦合关系的多尺度整合和碳水耦合机理,为系统认识森林碳水耦合机理和水资源管理提供了理论基础,对未来植被经营管理决策具有重要的科学支撑意义。 展开更多
关键词 碳水循环 碳水耦合 尺度 水分利用
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陆地高分辨率水文—生物地球化学过程CNMM-DNDC三维模型的研发及应用进展
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作者 郑循华 李思琪 +7 位作者 张伟 刘春岩 姚志生 韩圣慧 王睿 王凯 陈笑 李勇 《大气科学》 CSCD 北大核心 2024年第1期92-107,共16页
CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该... CNMM-DNDC模型是本文作者团队研发的陆地高分辨率水文—生物地球化学过程三维模型。本文系统介绍了建模背景和理念、核心过程和模型特点、模拟功能和观测验证、多尺度区域或流域初步应用以及未来发展展望。自2018年刊发首个版本以来,该模型经过了多方面科学过程改进和模拟功能扩展,在元素化学反应、物质相变和机械迁移等基本物理、化学、生物过程层面,完成了对陆地表层系统碳氮磷水循环全耦合的精细刻画。迄今开展的观测验证表明,CNMM-DNDC模型基本普适于不同生物气候带(从热带到寒区多年冻土地带)的流域或区域长时间序列“三高”(时间、空间和过程高分辨率)综合模拟,实现对陆地生态系统的碳、氮、磷、水三维运移、水土流失、水力驱动溶解态和颗粒态碳氮磷横向迁移、碳氮温室气体和污染气体排放、生态系统生产力、水分蒸散发和水分能量平衡等众多可持续发展目标表征变量的预测。该模型广泛推广应用于多尺度区域或流域的复杂过程虚拟科学试验研究和服务于面向生态环境建设与减污降碳的优化调控决策,可望为协同落实联合国多个可持续发展目标提供先进的数值模拟技术支撑。 展开更多
关键词 碳氮磷水循环全耦合模拟 水文—生物地球化学过程模型 CNMM-DNDC模型 联合国可持续发展目标
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寒旱区温度效应下土壤水盐运移多因素耦合理论研究进展
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作者 何进宇 刘学军 +4 位作者 王少丽 李王成 杨佳鹤 杨青青 杨海林 《节水灌溉》 北大核心 2024年第9期30-36,46,共8页
土壤盐碱化是一个全球性问题,严重制约着农业发展,了解水盐运移规律是改善和预防土壤盐碱化的关键。在寒冷干旱地区农田非耕作期,土壤水盐运移规律主要受冻融作用的影响,而冻融循环下正负温交替对土壤水盐的迁移起到了决定性作用。基于... 土壤盐碱化是一个全球性问题,严重制约着农业发展,了解水盐运移规律是改善和预防土壤盐碱化的关键。在寒冷干旱地区农田非耕作期,土壤水盐运移规律主要受冻融作用的影响,而冻融循环下正负温交替对土壤水盐的迁移起到了决定性作用。基于冻融循环作用,从正、负温度效应入手,综述了水-热-气-力-盐耦合等一系列研究成果,分析了正、负温度驱动力的产生及数值模型与试验研究的发展,并在此基础上展望了变化环境条件下土壤盐碱化研究未来的发展方向。盐碱地是世界上最重要的后备耕地资源之一,合理、科学地利用盐碱地,对盐渍土进行改良,防止土壤进一步盐碱化,显得尤为重要。改良盐碱地在农业发展中凸显了节水、生态、低能耗的趋势。研究不同条件下土壤盐分演变的驱动机制和生态调控机制,对改善土壤盐分具有重要意义。 展开更多
关键词 土壤盐碱化 水盐运移 冻融循环 温度效应 数值模型 多因素耦合 寒冷干旱区
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基于水动力水质耦合模型的洪泽湖水质驱动机制及换水周期研究
5
作者 夏贵林 《吉林水利》 2024年第2期26-30,共5页
洪泽湖是南水北调东线工程重要的调节湖泊,也是淮河下游地区重要的水源地。受人类活动影响,湖泊面临自由水面积缩减、局部富营养化、植被覆盖度降低等多重环境问题。本研究围绕现阶段洪泽湖的水环境问题,统计污染源对入湖污染负荷的贡献... 洪泽湖是南水北调东线工程重要的调节湖泊,也是淮河下游地区重要的水源地。受人类活动影响,湖泊面临自由水面积缩减、局部富营养化、植被覆盖度降低等多重环境问题。本研究围绕现阶段洪泽湖的水环境问题,统计污染源对入湖污染负荷的贡献度,建立水动力水质耦合模型,模拟湖泊水体更新能力,评估影响水质的关键因子。结果表明,洪泽湖污染主要来源为外源输入,湖泊不同区域换水周期差异显著。本研究可为南水北调东线沿线湖泊的水环境研究提供借鉴。 展开更多
关键词 洪泽湖 水动力模型 水污染 换水周期
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Regional coupled C-N-H2O cycle processes and associated driving mechanisms 被引量:3
6
作者 Yang GAO Gui-Rui YU 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第9期1227-1236,共10页
From a molecular level to an ecosystem scale,different coupling mechanisms take place during coupled carbonnitrogen-water(C-N-H2O)cycle,of which essential are water flux and related biogeochemical processes through ph... From a molecular level to an ecosystem scale,different coupling mechanisms take place during coupled carbonnitrogen-water(C-N-H2O)cycle,of which essential are water flux and related biogeochemical processes through physicochemical reactions associated with terrestrial and aquatic ecosystems.Meanwhile,regional coupled C-N-H2O cycle will subsequently impact regional gross primary productivity(GPP)and C and N exchanges during air-water interactions that occur downstream of watersheds.This study aimed to first synthetically analyze the regional dynamics of C,N and H2O cycles in ecosystems and determine their interactional relationships;second,to specify regional C-N-H2O coupled relationships of ecosystems and their theoretical ecological principles;third,to classify coupled regional response and adaptation of the C-N-H2O cycle to climatic and environmental changes under anthropogenic activities,providing a theoretical basis to fully understand and make adjustments to interactional C,N and H2O cycling relationships at different ecosystem scales and under associated coupling processes. 展开更多
关键词 Regional C-N-H2O cycle coupled relationship C cycle N cycle water cycle Driving mechanisms
原文传递
区域水平衡与健康水平衡实现路径 被引量:5
7
作者 张建云 胡庆芳 +1 位作者 王银堂 金君良 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期323-335,共13页
水平衡是自然界最重要的物质平衡之一,与水循环系统良性运行、生态系统稳定演替和水资源可持续利用具有密切关系。然而,已有研究对于水平衡的基本概念以及如何构建适宜的水平衡状态等重要问题,在理论和方法层面仍缺乏系统阐述。本文基... 水平衡是自然界最重要的物质平衡之一,与水循环系统良性运行、生态系统稳定演替和水资源可持续利用具有密切关系。然而,已有研究对于水平衡的基本概念以及如何构建适宜的水平衡状态等重要问题,在理论和方法层面仍缺乏系统阐述。本文基于自然-社会水循环特点,深入阐述了区域水平衡的基本概念和多重内涵,解析了影响水平衡状态的主要自然和人类活动因素;从水循环系统的生态环境和社会经济综合服务功能出发,提出了健康水平衡的定义;建立了区域健康水平衡的综合评判准则与方法,提出了水循环系统的支撑能力提升和承载压力控减相结合的健康水平衡实现路径。健康水平衡可为国土空间发展规划与实践中落实量水发展原则提供重要指导。 展开更多
关键词 区域水平衡 健康水平衡 实现路径 自然-社会水循环 国土空间 水安全保障
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基于多物理场间接拉伸试验的多孔沥青混凝土水稳定性
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作者 刘兵 褚跃 +1 位作者 顾兴宇 汤俊卿 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期9-16,57,共9页
由于多孔沥青混凝土(PAC)的大孔隙结构和应用环境,目前评价水稳定性能的试验方法和指标较为单一。通过自行研发的多物理场环境箱模拟了不同的降雨阶段,并采用间接拉伸强度试验和间接拉伸疲劳试验评价和研究了PAC的水稳定性能及其破坏过... 由于多孔沥青混凝土(PAC)的大孔隙结构和应用环境,目前评价水稳定性能的试验方法和指标较为单一。通过自行研发的多物理场环境箱模拟了不同的降雨阶段,并采用间接拉伸强度试验和间接拉伸疲劳试验评价和研究了PAC的水稳定性能及其破坏过程。与传统水稳定性试验方法相比,采用多物理场间接拉伸评价饱和状态下PAC的水稳定性能具有更好的合理性。在此基础上,进一步采用高温浸水和冻融循环作用加速水损害,发现随着高温浸水时间的增长和冻融循环次数的增加,PAC的水稳定性不断降低,特别是当冻融循环次数达到6次或者高温浸水时间达到6 d时,PAC的水稳定性能显著降低,因此冻融循环次数达到6次或者高温浸水时间达到6 d可作为评价PAC长期水损害的试验条件。此外,本研究基于强度和间接拉伸回弹模量提出了水稳定性能损伤变量,发现损伤变量与剩余疲劳寿命之间具有较好的相关性,因此该损伤变量可用于评价和预测PAC的水稳定性。 展开更多
关键词 道路工程 水稳定性 多场耦合 多孔沥青混凝土 高温浸水 冻融循环
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水循环模拟与水资源配置云模型服务平台构建与应用 被引量:2
9
作者 赵晶 高峰 +2 位作者 王涛 毕彦杰 段晶晶 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第15期293-304,共12页
水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,... 水利云模型研究仍处于起步阶段,缺乏水循环模拟、水资源配置云模型服务平台。该研究构建水循环模型、水资源多目标优化配置模型,采用模块化建模方式,以模型库为核心,基于B/S开发架构,设计研发多模型云服务平台,实现两个模型的双向耦合,并以渭河流域陕西段为例,构建渭河流域陕西段水循环模拟与水资源多目标配置云模型服务平台,模拟分析研究区水循环演变规律,开展规划水平年水资源多目标优化配置研究。结果表明:1)状头以上率定期和验证期的相对误差分别为−4.32%和−1.62%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.80和0.82,林家村—咸阳率定期和验证期的相对误差分别为−4.96%和−1.71%,月平均径流Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.79和0.81,云模型服务平台的水循环模型较好地刻画了径流变化过程;2)调用云模型服务平台的水资源配置模型,利用遗传算法(NSGA)-Ⅲ、群体多属性决策模型筛选出渭河流域水资源合理配置方案,2025年需水量63.35亿m^(3),供水量为58.30亿m^(3),缺水5.05亿m^(3),缺水率为7.97%。研究成果可为渭河流域智慧水利建设、水资源精细化配置提供技术参考和借鉴。 展开更多
关键词 水资源 模型 水循环 多目标优化配置 云模型平台 双向耦合 渭河流域陕西段
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基于Budyko假设的黄河流域水热耦合平衡规律研究 被引量:61
10
作者 孙福宝 杨大文 +1 位作者 刘志雨 丛振涛 《水利学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期409-416,共8页
本文通过对黄河流域内63个子流域的年降水、径流深及实际蒸散发和蒸发能力的分析,证实了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果拟合并检验了水热耦合平衡模型中的唯一参数,结果显示,该参数具... 本文通过对黄河流域内63个子流域的年降水、径流深及实际蒸散发和蒸发能力的分析,证实了基于Budyko假设的流域水热耦合平衡关系是成立的。根据各子流域的长期水量平衡结果拟合并检验了水热耦合平衡模型中的唯一参数,结果显示,该参数具有显著的区域分布规律,黄土高原区平均为3.22,青藏高原区平均为2.27。同时,研究结果表明,模型参数综合反映了流域的下垫面条件,并提出了根据流域相对入渗能力、相对植被-土壤有效蓄水能力和流域平均坡度估算模型参数的经验公式。 展开更多
关键词 水热耦合平衡 Budyko假设 流域水循环及水资源 潜在蒸发 实际蒸散发
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区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展 被引量:51
11
作者 于贵瑞 方华军 +1 位作者 伏玉玲 王秋凤 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第19期5449-5459,共11页
地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳... 地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳循环和碳收支研究领域的国际前沿及其关键科学问题,并分析了我国在该研究领域的科技需求和发展方向。当前国际科学研究的热点和前沿领域主要包括:生态系统和区域碳储量和碳收支的清查、综合计量与碳汇认证,陆地生态系统碳通量的联网观测及其循环过程机制,陆地生态系统碳循环过程对气候变化响应野外控制试验,陆地生态系统水、碳、氮循环及其耦合关系机制和模拟模型研究等,同时指出在这些研究领域依然存在且急需解决的关键科学问题。我国近期的科技工作重点工作应该是努力构建天-地-空一体化的碳储量和碳收支动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。 展开更多
关键词 陆地生态系统碳循环 碳收支 响应与适应 碳-氮-水耦合作用
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红砂岩吸水软化及冻融循环力学特性劣化 被引量:29
12
作者 王鹏 许金余 +3 位作者 方新宇 王佩玺 刘少赫 王浩宇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期2065-2072,共8页
水与温度变化是工程岩石物理力学性能劣化的典型风化因素。对不同含水状态及经受不同次数冻融循环损伤后的红砂岩岩样进行了单轴压缩、劈裂拉伸及变角剪切试验。结果表明,红砂岩抗压强度、弹性模量、劈拉强度、黏聚力及内摩擦角等主要... 水与温度变化是工程岩石物理力学性能劣化的典型风化因素。对不同含水状态及经受不同次数冻融循环损伤后的红砂岩岩样进行了单轴压缩、劈裂拉伸及变角剪切试验。结果表明,红砂岩抗压强度、弹性模量、劈拉强度、黏聚力及内摩擦角等主要力学指标随含水率和冻融循环次数的增大均有不同程度的降低,但降低规律有所不同。水对岩石有明显的软化作用,冻融循环累积损伤显著。利用微观电镜扫描分析了不同含水率及冻融损伤后岩样微观结构的变化规律,认为吸水及冻融循环过程中水对红砂岩的软化表现为溶蚀作用与介质作用,温度变化的作用表现在热变形不协调和相变作用。提出了冻融循环作用下红砂岩力学特性衰减模型,并据此分析了各力学指标的衰减速率和半衰期。该研究结果对涉水岩石工程及寒区岩石工程具有一定的意义。 展开更多
关键词 吸水软化 冻融循环 微观结构 水-热耦合 衰减模型
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土壤侵蚀/水土保持与气候变化的耦合关系 被引量:26
13
作者 肖胜生 郑海金 +3 位作者 杨洁 董云社 陈晓安 宋月军 《中国水土保持科学》 CSCD 2011年第6期106-113,共8页
通过综述土壤侵蚀对碳循环的影响、全球气候变化对土壤侵蚀的影响以及水土保持植被恢复对碳循环与土壤碳素积累的影响,研究土壤侵蚀/水土保持与气候变化的耦合关系。结果表明:因侵蚀造成的土壤碳素损失是巨大的,但土壤侵蚀是碳源还是碳... 通过综述土壤侵蚀对碳循环的影响、全球气候变化对土壤侵蚀的影响以及水土保持植被恢复对碳循环与土壤碳素积累的影响,研究土壤侵蚀/水土保持与气候变化的耦合关系。结果表明:因侵蚀造成的土壤碳素损失是巨大的,但土壤侵蚀是碳源还是碳汇过程依然存在争议,焦点集中于因侵蚀造成土壤团聚体解体,暴露在空气中的土壤有机碳的矿化速率的大小;随着全球气温升高以及降雨格局的变化,全球土壤侵蚀强度和范围都在不断增加,但土壤侵蚀对全球气候变化的响应程度依然值得深入研究;水土保持生态恢复主要通过改变下垫面性质来改变土壤有机碳含量、影响土壤CO2释放并促进土壤碳素积累,对抑制大气CO2浓度升高能产生积极影响。尽管土壤侵蚀/水土保持与气候变化的耦合关系方面的研究已取得重大进展,但仍有待于在土壤侵蚀过程中碳素变化模型、土壤侵蚀过程中氮素迁移转化特征以及侵蚀劣地生态恢复过程中土壤碳素积累机制等方面加强研究。 展开更多
关键词 土壤侵蚀 水土保持 气候变化 碳循环 耦合关系
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额济纳荒漠河岸胡杨林叶片气孔导度与微环境因子关系的模拟研究 被引量:15
14
作者 苏永红 朱高峰 +2 位作者 冯起 常宗强 司建华 《西北植物学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1434-1439,共6页
以额济纳荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)为研究对象,利用LI-6400光合测定仪于2005年5-9月份观测了胡杨叶片气体交换数据,研究了胡杨叶片气孔导度与光合速率、光合有效辐射与光合速率之间的关系.结果表明:(1)胡杨叶片净光合速率... 以额济纳荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)为研究对象,利用LI-6400光合测定仪于2005年5-9月份观测了胡杨叶片气体交换数据,研究了胡杨叶片气孔导度与光合速率、光合有效辐射与光合速率之间的关系.结果表明:(1)胡杨叶片净光合速率随气孔导度的增大而升高,但当气孔导度增加到一定值后,光合速率的增加变缓慢直至平稳,并主要是非气孔限制因素造成的;Ball-Berry模型(B-B模型)能够很好地描述气孔导度与光合速率之间的关系(R2=0.92).(2)叶片净光合速率随着有效辐射的变化符合非直角双曲线规律(R2=0.99).(3)B-B模型和非直角双曲线光合模型耦合后模拟值与观测值之间存在很好的正相关性(r=0.93),但耦合模型的模拟值还是较实测值偏大.因此,在干旱区还必须考虑水分限制因素对气孔开闭的控制作用,进一步构建适合干旱区生态系统特点的水-碳耦合循环机理模型. 展开更多
关键词 额济纳 胡杨 气孔导度 生态系统水-碳循环模拟
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陆地生态系统水—碳耦合循环与过程管理研究 被引量:55
15
作者 于贵瑞 王秋凤 于振良 《地球科学进展》 CAS CSCD 2004年第5期831-839,共9页
陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心,也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题,是人类维持全球生态系统的物质与能量循... 陆地生态系统的水循环与碳循环是地球表层系统物质循环与能量交换的核心,也是最基本的耦合的两个生态学过程。区域或全球尺度生态系统的水管理与碳管理是全球变化科学与可持续发展研究的两大主题,是人类维持全球生态系统的物质与能量循环、自然资源循环再生的重要生态学途径。我们在综合评述现代应用生态学研究的发展趋势,陆地生态系统水和碳循环与生态系统管理关系的基础上,提出了陆地生态系统水循环与碳循环过程管理的内容与思路,阐述了生态系统水和碳耦合循环机制与模拟综合研究的新设想。 展开更多
关键词 陆地生态系统 生态系统水-碳耦合循环 生态系统管理 生态系统水管理 生态系统碳管理
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基于树轮δ13C值的北京山区油松水分利用效率 被引量:8
16
作者 路伟伟 余新晓 +2 位作者 贾国栋 李瀚之 刘自强 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期2093-2100,共8页
水分利用效率是深入研究森林生态系统水碳循环耦合关系的重要节点之一。北京山区生态系统是北京市的天然生态屏障,研究该地区植被水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及研究植物对全球气候变化的响应具有重... 水分利用效率是深入研究森林生态系统水碳循环耦合关系的重要节点之一。北京山区生态系统是北京市的天然生态屏障,研究该地区植被水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及研究植物对全球气候变化的响应具有重要意义。利用北京市密云县东部山区红门川流域的油松树轮δ^(13)C序列,分析了长期水分利用效率WUE的年际变化。结合密云站及上甸子站的气象数据资料分析结果表明:(1)自1952年至2014年,北京山区红门川流域油松树轮δ^(13)C值序列呈现上升趋势,变动区间为-23.41‰—-27.63‰,平均为-25.56‰;油松WUE的年际值呈现波动下降趋势,变动区间为5.77—16.53,平均值为9.6,平均每年下降0.175,20世纪80年代左右下降趋势最为显著,且之后维持在相对较低的水平,最低值(5.76)出现在1994年,最高值(16.53)出现在1976年,1964年至1980年期间WUE为研究时段内最高,平均值为13.0。由此可见,在过去几十年中,红门川流域油松林的水分利用效率持续降低,固碳能力下降。(2)油松WUE对气温变化响应较好,总体呈现显著负相关,其中与年均气温相关性指数为r^2=0.8248,P<0.01,与生长季平均气温相关性指数r^2=0.6952。平均气温每升高0.1℃,油松WUE下降0.205。且平均气温较高的年份油松WUE下降率比低温年份的WUE升高率大,由此推断,气温上升对油松林生态系统水碳循环及耦合关系影响更为显著。(3)油松WUE随着降水量增加而提高,与降水存在一定的正相关关系,但并不显著;在降水量突然减少之后,油松的WUE值会随之上升,持续一段时期后有回落现象,说明WUE值具有一定保守性。(4)WUE对温度变化的响应较降水变化的响应更加敏感。温度的升高及降水的减少导致植物叶片气孔导度降低,进而影响了植物的固碳速率。 展开更多
关键词 水分利用效率 树轮δ~13C值 气候变化 水碳耦合
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全球水循环研究进展 被引量:28
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作者 陆桂华 何海 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期419-424,共6页
以国际组织围绕全球变化问题执行的一系列与水循环相关的研究计划为背景,总结了近40年来陆地-大气间水循环研究的重要成果,并探讨了在全球气候变化的背景下,水循环需要进一步研究的突出问题。
关键词 水循环 水气输送 陆-气耦合
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陆地生态系统碳氮水循环的关键耦合过程及其生物调控机制探讨 被引量:73
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作者 于贵瑞 高扬 +2 位作者 王秋凤 刘世荣 申卫军 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期1-13,共13页
陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约... 陆地生态系统碳循环、氮循环和水循环是全球变化科学研究的三大主题,而陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其生物调控机制则是全球变化生态学研究的前沿性科学问题。目前,对陆地生态系统碳氮水耦合循环过程及其调控机制认识的不足是制约评估陆地增汇/减排效果,预测分析全球变化对生态系统生产力和固碳功能影响的瓶颈性问题。本文在综合分析陆地生态系统碳氮水循环的耦合过程基础上,论述了制约生态系统碳氮水循环空间格局耦联关系的生物地理学机制,制约典型生态系统碳氮水循环耦合关系的生物生理生态学机制,以及典型生态系统碳氮水耦合循环的关键生物物理和生物化学过程。重点评述了生态系统碳氮水耦合循环的主要过程及其生物调控机制研究进展,包括:(1)植物叶片冠层生物学过程和根系冠层生物学过程及其对生态系统碳氮水耦合循环控制机制,以及二者之间的关联与互作关系;(2)土壤微生物功能群网络及其对碳氮循环过程的影响;(3)生态系统碳氮水交换通量的时空变化规律,以及生态系统的生态化学计量学理论与实践。本文最后还简要介绍了国家基金委重大研究项目"森林生态系统碳氮水耦合循环的生物控制机制"的研究思路及其主要研究内容。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。 展开更多
关键词 陆地生态系统 碳-氮-水耦合循环 生物调控机制 叶片冠层 根系冠层 土壤微生物功能群网络
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黑河流域中游盆地地表水与地下水转化机制研究 被引量:11
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作者 祁晓凡 李文鹏 +3 位作者 崔虎群 康卫东 刘振英 邵新民 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期29-43,共15页
地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型... 地表水与地下水相互转化是中国西北干旱内流盆地水循环的显著特征,转化机制研究是盆地水循环规律认知和水资源可持续管理的重要基础。以我国西北干旱内流河黑河流域中游的张掖盆地和盐池盆地为研究区,建立了黑河主干河道时变水平衡模型和地表水地下水耦合数值模型,研究了长周期水文变化和人类活动双重影响下地表水与地下水转化机制,得到如下认识:(1)补给条件由以天然条件下河流渗漏为主的线状补给演变为以河流与引水渠道渗漏的线状补给和灌区田间入渗面状补给,排泄条件由以泉水溢出和天然湿地排泄演变为以泉水溢出与地下水开采为主的排泄。(2)张掖盆地黑河干流河道入渗段和溢出段大致以G312大桥为界,亦称为地表水与地下水转化的转折点。莺落峡—G312大桥段为悬河渗漏段,河道入渗补给主要受控于进入河道的实际过水量。其中,莺落峡—草滩庄段河道入渗补给率为28.20%;草滩庄—G312大桥段河道入渗补给量与河道过水量的关系可用分段函数表达,河道过水量大于或等于0.37×10^(8) m^(3)/mon时呈幂函数关系,小于则呈线性函数关系。G312大桥—正义峡段为地下水溢出段,其中G312大桥—平川大桥段地下水溢出量约占全部溢出量的70%,溢出峰值出现在高崖水文站下游约6 km处,其单长溢出量可达0.46 m^(3)/(s·km)。(3)研究区是一个相对完整的河流—含水层系统,近31年来经历了连枯和连丰的水文变化,地下水补给排泄条件及与地表水转化机制均发生了相应的变化。地表水与地下水转化最强烈的地区为张掖盆地中部的黑河—梨园河倾斜平原。1990—2001年连枯期,灌区引水量总体逐年减少,以河道入渗和渠系渗漏为主的补给量平均以0.06×10^(8) m^(3)/a速率减少,农田灌溉面积增加导致灌溉用水增加,地下水开采量显著增加,地下水水位逐年下降,储存量累计减少5.77×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均减少0.16×10^(8) m^(3)/a;而2002—2020年连丰期,灌区引水量总体逐年减少,河道入渗量呈增加趋势,地下水总补给量平均增加0.15×10^(8) m^(3)/a,灌溉面积继续扩大,农灌开采量随之增加,以河道入渗量增加为主导,地下水水位持续上升,储存量累计增加5.45×10^(8) m^(3),地下水溢出量平均增加0.08×10^(8) m^(3)/a。总之,补给和排泄条件变化较大,地下水储存量先减后增,地下水溢出总量变化较为平缓,反映了该区巨厚含水层系统的巨大调蓄功能。(4)位于张掖盆地东部的诸河倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于地表水开发过度,补给量锐减。黑河侵蚀堆积平原地下水水位基本稳定。30多年来盐池盆地倾斜平原地下水水位长期处于持续下降状态,这是由于移民开垦导致地下水过量开采。(5)内流盆地天然悬河入渗段是珍贵的地下水补给通道,无论连枯期还是连丰期,河道实际过水量是河道渗漏补给量的关键,保护上游天然河道和一定的河道实际过水量是内流盆地水资源可持续管理的关键。 展开更多
关键词 水循环机制 地表水与地下水转化 水平衡 地表水与地下水耦合数值模拟 黑河流域
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黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型与应用 被引量:4
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作者 朱金峰 王忠静 +2 位作者 郑航 鲁学纲 齐桂花 《中国环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2820-2826,共7页
耦合概念性水资源评价与规划模型WEAP和分布式地下水模型MODFLOW,建立需求驱动的黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型,并利用地表水文站点和地下水观测点数据进行模型率定.结果表明,率定期和验证期地表水模拟的纳氏系数〉0.7,地下水... 耦合概念性水资源评价与规划模型WEAP和分布式地下水模型MODFLOW,建立需求驱动的黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型,并利用地表水文站点和地下水观测点数据进行模型率定.结果表明,率定期和验证期地表水模拟的纳氏系数〉0.7,地下水位模拟的均方根残差〈0.80m.应用模型对流域历史水循环反演模拟表明,黑河干流(黑河东枝)2002-2012年水量统一调度使正义峡年均来流较原管理方式增加1.63亿m3(约18%);讨赖河(黑河西枝)因人类活动改变了西部子水系河流水文情势,基本切断了与黑河干流下游尾闾水系的水力联系;黑河东西两枝人类活动和出山口径流变化共同影响着下游狼心山断面径流量,直接导致了居延海之前消失和现在的恢复. 展开更多
关键词 耦合模型 水循环 人类活动 水资源管理 黑河流域
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