Monitoring and simulation of water,heat,and CO_2 fluxes in terrestrial ecosystems based on the APEIS-FLUX system

The Integrated Environmental Monitoring (IEM) project, part of the Asia-Pacific Environmental Innovation Strategy (APEIS) project, developed an integrated environmental monitoring system that can be used to detect, monitor, and assess environmental disasters, degradation, and their impacts in the Asia-Pacific region. The system primarily employs data from the moderate resolution imaging spectrometer (MODIS) sensor on the Earth Observation System-(EOS-) Terra/Aqua satellite, as well as those from ground observations at five sites in different ecological systems in China. From the preliminary data analysis on both annual and daily variations of water, heat and CO2 fluxes, we can confirm that this system basically has been working well. The results show that both latent flux and CO2 flux are much greater in the crop field than those in the grassland and the saline desert, whereas the sensible heat flux shows the opposite trend. Different data products from MODIS have very different correspondence, e.g. MODIS-derived land surface temperature has a close correlation with measured ones, but LAI and NPP are quite different from ground measurements, which suggests that the algorithms used to process MODIS data need to be revised by using the local dataset. We are now using the APEIS-FLUX data to develop an integrated model, which can simulate the regional water, heat, and carbon fluxes. Finally, we are expected to use this model to develop more precise high-order MODIS products in Asia-Pacific region.

山东省持续性短时强降水过程物理量特征分析

基于常规气象观测资料和探空资料,对2007—2019年山东省123个国家级地面气象观测站观测到的持续性短时强降水发生特征、环流形势和环境参数进行分析。结论如下:(1)其间共有81个站点在78个降水日内发生144站次持续性短时强降水,鲁东南地区发生次数和发生站点比例均明显高于其他区域;降水集中在6月下旬至8月下旬,又以8月上旬至中旬最多。(2)天气过程主要发生在低层绝对湿度和相对湿度高、抬升凝结高度低、暖云层厚的条件性不稳定环境下。(3)准正压类和低层暖平流强迫类探空温湿廓线近似平行,对流有效位能中等、垂直风切变偏弱,低层暖湿平流是大气层结不稳定建立或维持的主导者;斜压锋生类和高空冷平流强迫类探空温湿廓线呈“V”形,低层偏湿、中层偏干,对流有效位能较弱、垂直风切变中等,冷暖平流对于大气层结不稳定的作用均较显著。

兴安落叶松过伐林水汽浓度与δ^(18)O变化特征及其对气象因子的响应

本研究揭示了兴安落叶松(Larix gmelinii)过伐林不同垂直高度水汽浓度及其氧同位素比值(δ^(18)O)生长季变化特征以及水汽浓度对气象因子的响应特征,为深入探讨兴安落叶松过伐林水交换过程及其机理提供了理论依据。通过使用氢氧稳定同位素技术廓线系统对兴安落叶松过伐林4个垂直高度水汽浓度及其氧同位素进行高频原位观测,同步观测空气温度、相对湿度、太阳辐射、风速、降水量、土壤温度、土壤含水率、饱和蒸汽压差等主要气象因子,采用通径分析法分析气象因子对水汽浓度的影响。结果表明:(1)在不同生长季中,水汽浓度和δ^(18)O都呈单峰型变化趋势。二者最高日均峰值都出现在6—7月,最低日均峰值都出现在10月,二者之间呈极显著正相关关系(P<0.001)。(2)水汽浓度的变化受土壤温度、空气温度、相对湿度、太阳辐射、风速、土壤含水率等气象因子的影响。5 cm土壤温度是控制不同高度水汽浓度变化的主要因子(0.910<PC<0.917)。空气温度对不同高度水汽浓度整体表现为促进作用,风速对不同高度水浓度整体表现为抑制作用。

稀土硅酸盐环境障涂层研究进展

陶瓷基复合材料凭借耐高温、低密度、高温力学性能优异等特性,成为高性能航空发动机热端部件的理想材料。然而,在发动机服役环境下,陶瓷基复合材料面临严重的水汽腐蚀问题,必须在其表面涂覆环境障涂层以延长使用寿命。稀土硅酸盐因具有与基体适配的热膨胀系数、优异的抗水氧腐蚀性能和高温稳定性,是新一代环境障涂层的主要候选材料。本文综述了稀土硅酸盐的特性、制备技术与典型服役性能,重点讨论了稀土硅酸盐分类、热/物理特性以及高温腐蚀过程中的损伤机制和失效机理。最后,提出了多组元稀土硅酸盐高熵化设计以及新型热/环境障涂层体系设计的研究方向,以期为稀土硅酸盐材料的进一步应用提供有益参考。

微波等离子体原子发射光谱新技术同时测定环境水样中多种元素

环境水样经不同酸消解后,利用微波等离子体原子发射光谱法（MP-AES）和多模式样品导入系统（MSIS）对环境水样中可蒸气发生元素（As,Hg,Sb和Se）及重金属元素（Cd,Cu,Cr,Ni,Pb,Ti,V和Zn）同时分析,分别根据溶液中元素信号强度变化和测定值与加标值差异,优化氢化物发生条件和考察测定的基体及谱线干扰影响。结果表明,在还原剂溶液（1.0%Na BH4,m/V）和载流HCl（5%,V/V）的最佳实验浓度下,相比HCl消解,水样经HNO3消解可获得满意分析结果;环境标准样品中元素测定值与标准值一致,样品分析相对标准偏差在0.34%~3.2%范围内。高浓度的K,Ca,Na和Mg等元素对测定无明显影响,稀土元素和稀有元素对重金属光谱干扰严重,需选择合适谱线分析。本方法除对Hg和Se的检出限稍高外（6.5和37.1μg/L）,其它目标元素检出限为1.6~9.8μg/L,能够满足地表水环境质量标准和生活饮用水卫生标准的质量控制要求。

非金属药筒环境适应性研究

对非金属药筒全弹采用几种不同的包装方式,模拟了部队实际的弹药贮存条件,在亚热带地区,进行了长期、大量的试验。研究了在典型气候条件下,非金属药筒外形尺寸的稳定性及透湿性;分析了不同试验时间段发射药的内、外挥发分。结果表明,湿热贮存环境下,非金属药筒有一定的变形和透湿性。对此提出了相应的措施。

Si/3Al_2O_3·2SiO_2+BSAS/Yb_2SiO_5环境障涂层1300℃抗水蒸气性能研究

采用电子束物理气相沉积和等离子喷涂工艺在Cf/SiC基体上制备了Si/3Al2O3.2SiO2+BSAS/Yb2SiO5环境障涂层(Environmental Barrier Coatings,EBC),研究了在1300℃、1.013×105Pa、气体流速为0.54m/s的水蒸气环境中Cf/SiC基体和EBC涂层的抗水蒸气性能。结果表明:涂覆Si/3Al2O3.2SiO2+BSAS/Yb2SiO5EBC的Cf/SiC试样,在实验进行到175h时开始出现失重,实验过程中生成的Yb(OH)3和Si(OH)4气体不断地挥发是造成Yb2SiO5面层变薄并导致试样失重的主要原因;同时,3Al2O3.2SiO2+BSAS中间层内Ba,Sr,Al元素的向外扩散、Yb2SiO5面层中的Yb元素向内扩散,以及EBC涂层内存在的残余应力是导致EBC发生失效的主要原因。

湿地生态系统CO_2净交换、水汽通量及二者关系浅析

湿地生态系统碳循环是陆地碳循环研究中的重要组成部分,对于全球变化具有重要意义。水汽通量是影响湿地生态系统碳循环最重要、最基本的生态因子之一,与湿地生态系统CO2净交换密切相关。本文在总结湿地生态系统CO2净交换与水汽通量变化基本规律及其主要影响因子的基础上,从宏观和微观2个方面分析二者之间的内在关系。从宏观上看,湿地生态系统本身的特点决定了CO2净交换与水汽通量之间必然是相互影响、相互制约的;就微观而言,叶片尺度上的气孔行为是水分蒸腾和净碳通量这两个生理生态过程相互联系的纽带。最后,对湿地生态系统CO2净交换与水汽通量关系的研究方向提出展望。

Ba_(0.25)Sr_(0.75)Al_2Si_2O_8环境障碍涂层的制备与耐水腐蚀性能研究

以2D Cf/SiC为基底材料,采用浆料刷涂工艺制得Ba0.25Sr0.75Al2Si2O8(BSAS)环境障碍涂层,并研究了未涂覆BSAS涂层(Cf/SiC)和涂覆BSAS涂层(Cf/SiC-BSAS)的两种试样的耐水腐蚀性能.结果表明:采用浆料刷涂工艺涂覆,在高纯氩气保护气氛下,经1350℃高温烧结,可在Cf/SiC试样上制得致密且无明显缺陷的BSAS涂层,一次涂覆烧结的厚度约为15μm,三次涂覆烧结涂层的厚度可达50μm;在1250℃、50%H2O-50%O2、常压静态气氛下腐蚀100h后,Cf/SiC试样的重量和抗弯强度均发生明显下降,Cf/SiC-BSAS试样的重量基本不变,强度保持率高达90%以上.

东台沟实验流域降水氧同位素特征与水汽来源

运用环境同位素技术研究水循环中水分子组成发生的微观变化,是兴起于20世纪中期研究宏观、微观水文过程机理的新技术。研究流域降水同位素时间和空间变化规律以及与降水要素的相关关系,对于研究流域水资源属性具有重要的理论与实践意义。本文以北京市怀柔区汤河口镇东台沟实验流域为研究对象,研究了该流域2003年7月至10月降水氧同位素含量及降水的时空变化,分析了降水δ18O与降水量、高程及空气湿度的关系,评估了雨量、高程及空气湿度等因子对降水过程的影响及作用,阐明了其间实验流域降水δ18O的时空分布规律,并得出实验流域在实验期间降水的主要水汽来源为由东南向西北方向。

铌酸铝/莫来石复合陶瓷环境阻障涂层高温水蒸气腐蚀行为研究(英文)

利用大气等离子喷涂的方法在氮化硅基底上制备了铌酸铝/莫来石复合陶瓷环境阻障涂层.铌酸铝的含量为5mol%.涂层置于1400℃下含有50vol%H2O和50vol%Air的气氛中进行侵蚀实验.总压力1×105Pa,实验时间100h.研究表明:铌酸铝可以在涂层表面形成玻璃相保护层,提高了涂层在高温水蒸气环境中的耐蚀性.然而与氮化硅基底之间的热膨胀系数差异会造成涂层在实验过程中发生轻微剥离的现象,导致试件的失重增加.

BSAS环境障涂层抗水蒸汽性及其失效机理

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)和等离子喷涂(PS)两种工艺结合,在Cf/SiC基体上制备出了Si/3Al2O3.2SiO2+BSAS/BSAS(1-xBaO-xSrO-Al2O3-2SiO2,0≤x≤1)环境障涂层(EBC)。其中,Si粘结层采用EB-PVD工艺制备,3Al2O3.2SiO2+BSAS中间层和BSAS面层采用PS工艺制备。研究了涂覆EBC后Cf/SiC材料在1 300℃、1.013×105Pa,气体流速为0.54 m/s的试验条件下的抗水蒸汽性能,并利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜分析了材料的相结构和微观组织形貌。结果表明:带EBC涂层的Cf/SiC试样在试验进行到160 h后开始失重,失重的主要原因是试验过程中形成的Si(OH)4的挥发以及涂层的剥落失效。涂层内部的孔洞和大量裂纹,可能是导致涂层和基体失效的主要原因。

环境因素对天然皮革透湿性的影响

模拟人体的实际着装状态来测试皮革的透湿量,目前还没有现成的测试仪器。对这种仪器和测试方法进行大胆设想,测试并探讨了环境因素对天然皮革的影响趋势:透湿量随透湿时间的延长而逐渐变小;黄牛皮受温度影响明显;湿度在76%时,皮革内外达到湿平衡,即透湿量为0。当湿度继续增大,皮革反而从环境中吸湿,服装舒适性极差。

环境因子对冬小麦水分利用效率的影响

对干湿两种水分处理下农田冬小麦群体水分利用效率与环境因子的关系进行分析。结果表明：（１）各环境因子以综合复杂的方式影响水分利用效率。（２）由土壤干旱和大气高蒸发势迭加而成的水分亏缺所引起的气孔阻力上升有利于提高水分利用效率，但水分亏缺同时引起的叶－气水汽压梯度增大则会降低水分利用效率。在水分亏缺最强的午后１２：００～１６：００时，水分利用效率最低。

航空发动机环境障涂层：材料及性能

硅基非氧化物陶瓷及其复合材料具有优异的物理性能和高温力学性能,在航空发动机高温热端部件上展现出了巨大的应用潜力。但在发动机工作环境下,硅基非氧化物陶瓷易与水蒸气反应生成挥发性的Si(OH)4,导致其性能退化。在航空发动机上应用需解决其燃气腐蚀问题,必须使用环境障涂层的保护以提高陶瓷基体的表面稳定性。因此,对环境障涂层的抗高温水氧腐蚀性能的研究近年来得到了广泛关注。本文在介绍传统环境障涂层抗水氧腐蚀现状的基础上,明确了水蒸气侵蚀涂层的化学反应过程,总结了传统环境障涂层的失效机制,并阐述了新型环境障涂层材料系列性能的研究进展,以期为未来航空发动机用环境障涂层材料的选择和高温水氧腐蚀的防护提供有益参考。

Lu-Si-O体系在高温水蒸气环境中的腐蚀行为

采用溶胶-凝胶法制得三种镥硅酸盐体系粉体材料.以氧化物的摩尔比来表示此三种粉体,分别为:Lu2O3.SiO2、Lu2O3.2SiO2和Lu2O3.2.26SiO2.在1400℃、50%H2O-50%O2静态常压气氛下,研究了它们的耐水蒸气腐蚀性能.以单位面积重量变化率表征材料的耐水蒸气腐蚀性能,结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜能谱分析(SEM-EDS)等分析手段,揭示了镥硅酸盐体系在高温水蒸气环境中的腐蚀机制和反应机理.结果表明:三种原始粉体主要物相依次为:Lu2SiO5+Lu2Si2O7、Lu2Si2O7+SiO2和Lu2Si2O7+SiO2.在水蒸气作用下,Lu2SiO5相与Al2O3反应生成新相Lu3Al5O12,而Lu2Si2O7相并未受到水蒸气的作用而发生任何反应,表现出优异的化学稳定性.

水蒸气对乙烷在金属铁表面还原NO的影响

温度在300~1 100℃时,由程序控温电加热水平陶瓷管反应器在N_2气氛和模拟烟气气氛下,试验研究了水蒸气对乙烷(C_2H_6)在金属铁表面还原NO的影响。在不同温度和模拟烟气中C_2H_6的化学计量比条件下测试了NO的还原效率,讨论了水蒸气对NO还原效率的影响。对反应后铁样品的组分和微观结构变化进行了XRD和SEM分析。结果表明,水蒸气参与了金属铁的氧化反应,而C_2H_6参与了Fe2O3的还原反应,它们的共同作用影响了铁表面的微观结构和组分的变化,从而影响了NO的还原效率。在N_2气氛中,700℃以上时水蒸气降低了C_2H_6还原NO的效率。当C_2H_6的量一定时,随着水蒸气的增加,NO的还原效率有一定的增大。有水蒸气、800℃以下时,不使用C_2H_6时的NO还原效率低于有C_2H_6时,而在800℃以上时高于有C_2H_6时的NO还原效率。在N_2氛围和含有水蒸气条件下,800℃以下时C_2H_6在金属铁表面还原NO的效率要高于相同条件下甲烷(CH4)的效率;800℃以上时C_2H_6/CH4在金属铁表面还原NO的效率的差距逐渐减少。在模拟烟气、800℃以上、富燃料条件下,水蒸气和SO_2对C_2H_6在金属铁表面还原NO的影响较小,可忽略。在模拟烟气(O_2体积分数2.0%、CO_2体积分数16.8%、NO体积分数0.05%、H_2O体积分数7%、SO_2体积分数0.02%、N_2配平)、900℃以上、富燃料条件下,如空气过量系数SR1=0.7时,C_2H_6还原NO的效率超过90%。在富氧条件下,水蒸气使NO的还原效率显著提高,如在模拟烟气(O_2体积分数2.0%、CO_2体积分数16.8%、NO体积分数0.05%、N_2配平)中,当SR1=1.2、1 000℃时,体积分数7%的水蒸气使NO的还原效率增加了27.6%。

环境障涂层的发展瓶颈及应对措施

硅基材料具有密度小、高温力学性能优异等特性,在航空发动机热端部件有广阔的应用前景。由于硅基材料的服役环境中充满高温燃气,硅基基体与高温燃气中的H2O发生化学反应生成挥发性Si(OH)4被高速燃气冲刷走,使得硅基基体持续暴露在燃气环境中,导致基体被不断侵蚀。为了减缓高温燃气对硅基基体的侵蚀速率、延长其使用寿命,需要在基体表面制备环境障涂层以隔绝基体与燃气环境,阻止高温燃气与基体直接接触。文中指出了第一代、第二代环境障涂层在应用中的局限性,阐述了第三代环境障涂层发展中面临的瓶颈问题。从稀土硅酸盐面层和硅粘结层的角度分别剖析了限制第三代环境障涂层发展的因素并提出相应的改进措施,对新型环境障涂层的发展和面层及粘结层材料的选择具有指导意义。

神农架大九湖亚高山泥炭湿地水汽通量特征及其与相关环境因子的关系

以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为对象,采用涡度相关技术,通过采集湿地水汽通量的年际数据,并进行数据统计和分析,研究水汽通量特征及其与环境因子的关系。结果显示:(1)大九湖泥炭湿地全年蒸散量占降水量的58.59%,能够满足大九湖生态系统水汽循环的需要。(2)大九湖泥炭湿地的水汽通量全年各月份日均变化大多为正值,即释放水汽,表明该地区总体表现为水汽源;在季节尺度上,水汽通量最大值出现在夏季,夏季水汽通量日均变化幅度最大。(3)净辐射月均变化幅度较大,其中夏季净辐射最大,占全年的34.96%。各季节的净辐射与水汽通量均呈正相关,春季、夏季和秋季的拟合效果(R2)均超过0.7,夏季最高(0.8347),且高于其他同纬度6个地区。(4)除2018年1月外,各月份水汽通量与气温均呈显著正相关,特别是夏季最显著相关,这与夏季植物蒸腾和水分蒸发旺盛有关。(5)气温和净辐射对水汽通量的影响在各季节均显著,但各季节间有所差异。研究表明净辐射在大九湖泥炭湿地水汽循环中的作用大于气温对水汽通量的影响。

抗水氧腐蚀致密环境障涂层研究进展

环境障涂层(EBCs)涂敷在碳化硅陶瓷基复合材料(SiC-CMCs)表面,能够有效隔绝发动机腐蚀环境,避免基体的快速腐蚀失效,成为SiC-CMCs材料在航空航天发动机热端部件应用的关键。然而,涂层内不可避免地存在贯通孔隙,导致EBCs在发动机高温水氧环境下快速腐蚀失效。从EBCs材料特性、制备工艺及工艺参数等方面总结了国内外研究进展,阐述了孔隙结构对涂层抗高温水氧腐蚀性能的影响规律,分析了等离子体法制备的涂层中孔隙的形成机制,总结了提高涂层致密性的方法,并展望了获得高抗水氧腐蚀的致密EBCs的后续重点研究方向。