基于卫星遥感的中国人为CO_(2)与大气污染物排放协同关系

基于多源卫星遥感数据和大气输送模型研究我国人为CO_(2)与大气污染物(NO_(2)和CO)排放协同关系以及新冠疫情管控期间污碳排放变化特征.结果表明:高人为CO_(2)排放对应高浓度的NO_(2)和CO排放,以省级行政区为单位的2018~2020年非生长季XCO_(2)异常与XNO_(2)的相关性(r=0.79)高于与XCO的相关性(r=0.61),且高人为CO_(2)排放地区燃烧排放效率更高;2020年2月(疫情管控期)我国XCO_(2)异常、XNO_(2)、XCO下降的区域范围为2019年2月(疫情同比期)面积的50%、70%和49%,2020年2月XCO_(2)异常与XNO_(2)的相关性(r=0.71,P<0.01)高于2019年2月(r=0.59,P<0.01),而XCO_(2)异常与XCO的相关性(r=0.44,P<0.01)低于2019年2月(r=0.68,P<0.01);受大气输送的影响,2020年2月京津冀受西南方向人为排放地区输送的影响高于2019年2月,而长三角受北部长距离输送的影响降低,珠三角受大气输送的影响最小.研究结果表明卫星遥感可有效用于区域污碳协同排放时空变化特征监测.

西南地区东部夏季降水转化率特征及成因分析

利用格点化降水观测数据集(CN05.1)以及ECMWF再分析资料(ERA5),分析1961—2020年夏季西南地区东部(Eastern Southwest China,ESWC)的降水、水汽含量及降水转化率特征,并利用天气学分析方法初步探究地形分布对降水转化率空间分布差异的影响,最后利用中尺度数值模式WRF4.0(Weather Research and Forecasting Model)设计地形敏感性试验验证地形对西南地区东部夏季降水的作用。结果表明:(1)1961—2020年夏季西南地区东部的降水呈现东多西少的分布特征,但水汽含量却在其东南部和西北部存在两个大值区,水汽大值区降水转化率偏低,强降水区与水汽含量大值区分布存在明显差异,通过分析强降水区与水平风场及垂直速度场的形势配合发现地形是导致此差异的重要因素。(2)WRF模式能较好地模拟出西南地区东部夏季降水的空间分布特征,通过地形敏感性试验发现,区域内大娄山、方斗山及大巴山组成的西南-东北向山地地形分布对降水强度有显著影响,地形高度的降低将导致区域东南部降水量显著减少。(3)敏感性试验中将区域地形高度分别降低一半和去除地形后,区域东南部的降水在月时间尺度中将分别减少9.89%和19.90%。地形高度的改变也会引起区域垂直速度、水平风场、水汽输送及水汽辐合量发生改变,当地形高度降低后,上升运动及西南风明显减弱,水汽输送强度降低,水汽辐合量减少,不利于降水形成。

21世纪以来黄土高原水分利用效率时空变化及归因

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰。研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001—2020年黄土高原总初级生产力(GPP)和蒸散(ET),并结合基于敏感性试验的多控制因子联立求解方法定量分析气候和植被因子对黄土高原WUE变化(WUE=GPP/ET)的贡献。结果表明:(1)2001—2020年黄土高原GPP和ET分别以12.9 gC m^(-2) a^(-1)和3.7 mm/a速率显著升高,并使得WUE增长显著(0.021 gC mm^(-1) m^(-2) a^(-1))。(2)2001—2020年间黄土高原80.12%的区域叶面积指数(LAI)显著升高(全区增速为0.014 m^(2) m^(-2) a^(-1))而气候因子变化均不显著。(3)植被因子和气候因子对WUE变化分别呈正贡献和负贡献,植被因子作为主要影响因子主导了黄土高原86.74%地区的WUE变化。研究结果有望为干旱区生态水文管理和相关政策制定提供一定科学参考。

FACE条件下臭氧浓度升高对不同筋型小麦籽粒品质的影响

为深入研究不同筋型小麦籽粒品质对地表臭氧(O_(3))浓度升高的响应,本研究依托于开放式O_(3)浓度增加系统(O_(3)-FACE),于2021年和2022年分别以13个(4个强筋品种、5个中筋品种、4个弱筋品种)和12个(4个强筋品种、6个中筋品种、2个弱筋品种)小麦(Triticum aestivum L.)品种为供试材料,设置环境O_(3)浓度(AA)和1.5倍环境O_(3)浓度(E-O_(3))处理,研究不同筋型小麦对O_(3)浓度升高的响应差异。结果表明:O_(3)浓度升高下2021年Ca元素含量显著升高24.8%,2022年直链淀粉含量显著降低8.1%。不同筋型小麦籽粒品质对O_(3)响应存在显著差异,强筋和中筋小麦2022年直链淀粉含量显著降低8.6%和7.6%,2021年Ca元素含量显著升高24.7%和27.2%,弱筋小麦2021年淀粉含量显著降低6.7%,两年蛋白质含量增幅较强筋和中筋小麦更大。根据不同筋型小麦籽粒品质标准,高浓度O_(3)将会有利于中筋和强筋小麦品质形成,而不利于弱筋小麦籽粒品质形成。高浓度O_(3)对所有供试小麦均有重要影响,其中宁麦13、扬麦33和扬麦22对O_(3)敏感。

长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度演变特征及其主要影响因素分析

为研究长三角地区NO_(2)柱浓度长期的时间演变特征及其影响因素,利用OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度数据、GPM降雨数据、MERRA-2再分析数据和社会经济数据,结合地面NO_(2)浓度数据,分析了卫星数据与地面观测数据的一致性以及NO_(2)柱浓度的年际、月际和季节性变化特征及其主要影响因素.结果表明:①OMI卫星观测的NO_(2)柱浓度与地面观测的NO_(2)浓度一致性较好,能够较好地反映地面NO_(2)浓度分布及其时间变化特征.②长三角地区2004-2022年NO_(2)柱浓度高值主要集中在南京、常州、无锡、苏州、上海和杭州等核心城市地区;NO_(2)柱浓度年际变化呈波动变化趋势,可分为2个阶段,2004-2011年为增加阶段,年均变化率为0.68%,2011-2022年为降低阶段,年均变化率为-4.51%.2011年NO_(2)柱浓度达最大值〔(12.63×10^(15)±9.16×10^(15))molec/cm^(2)〕,2022年达到最小值,仅为(7.16×10^(15)±4.80×10^(15))molec/cm^(2).③受气象条件和排放源的影响,导致NO_(2)柱浓度存在明显的月际和季节性变化,呈冬季>春季≈秋季>夏季的特征,其中12月〔(20.20×10^(15)±8.89×10^(15))molec/cm^(2)〕最高,7月〔(4.81×10^(15)±1.72×10^(15))molec/cm^(2)〕最低.④长三角地区NO_(2)柱浓度的长期演变特征受社会经济因素的影响.第二产业中的燃煤源和第三产业中交通运输对NO_(2)柱浓度的影响较大,机动车排放是长三角地区核心城市群对流层NO_(2)的重要来源.研究显示,2004-2022年随着一系列大气污染防治措施的执行,长三角地区在经济快速发展的同时NO_(2)柱浓度持续降低,充分证明了经济发展与环境保护可以实现良性互动.

南京北郊低对流层挥发性有机物垂直分布特征及对臭氧生成的潜在影响

在各地臭氧(O_(3))污染呈现多发态势的背景下,垂直方向上挥发性有机物(VOCs)对O_(3)生成的潜在贡献尚不明晰。利用南京北郊2020年10月17日至11月15日低对流层(高度为0~1000 m)强化探空数据,探讨了VOCs垂直分布特征及其对O_(3)生成的潜在影响。结果表明:①VOCs总含量(体积分数,下同)随着高度的升高而降低((73.4±26.1)×10^(-9)~(50.4±20.3)×10^(-9)),各高度上烷烃占比最大(64.3%~71.6%),烯烃占比随着高度的升高而逐渐减小(3.4%~9.9%),芳香烃、卤代烃和乙炔占比无显著变化;交通排放和低边界层致使早、晚VOCs廓线垂直梯度大,低层VOCs积累且烷烃占比增大,而午后VOCs各组分垂直分布较均匀。②受大气层结影响,白天混合层内以烷烃和烯烃的光化学反应为主,OH自由基损失率(L_(OH))分别为3.3和2.7 s^(-1),占比分别为42.8%和35.1%;稳定边界层和残余层内均以烷烃和芳香烃的光化学反应为主。③午后混合层内VOCs的OH自由基损失率、臭氧生成潜势(OFP)与O_(3)含量成正相关关系,代表局地VOCs和O_(3)关系特征;早晨稳定边界层和残余层内无显著相关性;光化学反应活性较大的VOCs组分对O_(3)生成的潜在贡献主要集中在低层,以乙烯和丙烯为主;低对流层上部对O_(3)光化学生成的潜在贡献主要以低活性的烷烃为主,二甲苯/乙苯比值(X/E)分析表明,高层气团老化程度较高,可反映区域大气特征。限制化工厂排放、提升机动车排放标准和燃油质量是改善南京地区O_(3)污染的关键。

基于上海高层建筑观测冬季大气CO_(2)/CH_(4)垂直变化

采用便携式温室气体分析仪于2021年12月6日~2022年3月31日在上海中心大厦255和500m高度以及浦东新区环境监测站25m高度连续观测大气CO_(2)和CH_(4)浓度.结果表明:(1)城市中不同高度上温室气体的日变化趋势存在差异,25m高度CO_(2)和CH_(4)浓度白天低夜间高,255和500m高度的浓度则白天高夜间低.各高度处CO_(2)和CH_(4)浓度变化都明显受大气边界层高度的影响,因此城市内部温室气体浓度垂直观测中观测点高度设置要充分考虑城市大气边界层的变化特征.(2)CO_(2)和CH_(4)浓度的垂直差异受到人为活动以及气象等条件的影响,可以指征城市大气CO_(2)和CH_(4)浓度增强的局地和区域贡献.(3)各高度处(25,255,500m)CO_(2)浓度与CH_(4)浓度均显著相关,但观测高度越高所代表的浓度贡献源区越大,多种排放源的干扰使得温室气体之间的同源性变差,导致其相关性随着高度增加而降低.城市温室气体浓度的垂直观测提供了从水平方向上无法获得的独特信息,因此有必要在城市开展立体化的温室气体监测,以便更好地捕捉大气温室气体浓度的变化,从而服务于城市碳减排政策.

水稻生长季CO_(2)通量的时间动态和影响因子研究

为了明确长三角地区稻麦轮作生态系统中水稻生长季CO_(2)通量的多时间尺度变化特征,量化环境因子对农田CO_(2)通量变化的贡献度,拆分环境因子的直接影响和间接影响,该研究利用涡度相关观测系统进行了2年CO_(2)通量的连续观测,分析了辐射类、温度类、水汽类和风速对CO_(2)通量的影响。结果表明:稻麦轮作生态系统在水稻生长季是一个二氧化碳汇,2020、2021年水稻生长季的总固碳量分别为396.3、491.9 g/m^(2)(以C计);CO_(2)通量也有明显的日变化,呈现出“U形”和“V型”的单峰曲线,吸收峰值出现在第200~250天。在不同时间尺度上,影响CO_(2)通量的主控因子始终是光合有效辐射;但随时间尺度的增加,各个因子贡献度的差异逐渐减小。饱和水汽压差也是影响CO_(2)通量的重要因子,它与光合有效辐射的交互作用会抑制彼此对CO_(2)通量的直接贡献。

利用动态阈值决策树分类的华北平原冬小麦动态监测

华北平原是中国最大的粮食生产基地,准确监测其冬小麦种植面积及其变化对粮食产量预测和国家粮食安全具有重要意义。然而,不同土地利用产品所估算的小麦面积、空间分布及其动态变化均存在较大分歧,不能有效反映出冬小麦的长期变化特征。该研究结合作物物候特征和已有小麦专题数据产品,首先构建动态阈值决策分类算法,以降低传统方法在阈值设定和样本筛选方面的不确定性;进而分析了2003—2022年华北平原区冬小麦播种面积的长期变化规律。结果表明:1)该研究提出的动态阈值决策分类算法能准确地提取冬小麦面积,平均总体精度为93.44%,且与统计数据具有较高的一致性;2)2003—2022年华北平原冬小麦种植面积整体呈上升趋势,不同地区变化类型差异较大;3)研究时段内,持续种植冬小麦的耕地面积仅占各年份种植范围总面积的5%,种植次数低于10 a的面积占比达55%;4)河北省中南部、山东省西部和河南省中北部冬小麦种植面积相对稳定,京津冀地区以及山区冬小麦播种面积变化相对频繁。该研究可为大尺度冬小麦动态监测提供了新的方法视角,并对科学制定耕地调控策略具有重要意义。

不同施肥措施臭氧浓度升高对不同水稻品种光合特性的影响

近地层臭氧(O_(3))已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长。以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O_(3)浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O_(3)),每个O_(3)处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm^(-2) a^(-1);Red:减施无机肥30%处理,189 kg N hm^(-2) a^(-1);Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm^(-2) a^(-1)),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O_(3)对水稻不同生育阶段光合生理的影响。结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(A_(sat))没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的A_(sat)。基于两个水稻品种的A_(sat)和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O_(3)累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(A_(sat)和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(A_(sat)和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O_(3)更敏感。此外,基于不同O_(3)处理下水稻的气孔导度(g_(s))和胞间二氧化碳浓度(C_(i)),可以看出O_(3)造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制。与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的A_(sat),但Ino处理和Com处理间A_(sat)没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低。O_(3)和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O_(3)对作物造成的负面影响。在O_(3)污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O_(3)造成的作物减产提供理论依据。

稻田土壤微生物残体积累对外源秸秆输入的响应研究进展

稻田土壤碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分。促进稻田生态系统碳的固定及稳定对减缓全球气候变化起着不容忽视的作用。微生物主导的有机碳转化过程是土壤碳循环研究的核心,微生物同化代谢介导的细胞残体迭代积累在土壤有机碳长期截获和稳定过程中发挥重要作用。与旱地土壤相比,关于稻田土壤中微生物残体积累动态对外源有机物质如作物秸秆输入的响应及主要影响因子的认识还相对有限,对微生物通过同化作用参与土壤固碳的过程和机制尚缺乏系统认识。基于此,本文介绍了微生物残体对土壤有机碳库形成和积累的重要性及评价指标,重点探讨了秸秆还田对稻田土壤微生物残体积累动态以及外源秸秆碳形成细胞残体转化过程的影响,分析了影响微生物残体积累转化的主要气候因素和土壤因素,最后提出了未来应借助先进的光谱和高分辨率成像技术并结合同位素示踪对微生物残体的稳定性与机理开展更为深入的研究。

冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation, IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

无锡市近地面大气CO_(2)和CH_(4)车载移动观测及热点识别研究

城市是温室气体的排放热点。基于3台便携式CO_(2)/CH_(4)/H_(2)O分析仪于2022年夏季观测无锡市近地面大气CO_(2)和CH_(4)浓度。结果表明:(1)近地面大气CO_(2)和CH_(4)浓度高于背景站的,且不同功能区CO_(2)和CH_(4)浓度存在差异。近地面大气CO_(2)浓度与城市背景站差值(ΔCO_(2))空间分布呈现为商业居民混合区的>住宅区的>工业区的>林区的>太湖景区的;而CH_(4)浓度的差值(ΔCH_(4))空间分布呈现为商业居民混合区的>林区的>住宅区的>工业区的>太湖景区的。(2)车辆排放是无锡市主要的CO_(2)和CH_(4)排放源,污水处理厂是主要的CH_(4)排放源,排放热点附近大气CO_(2)和CH_(4)浓度较周围高约30%及以上。(3)隧道内CH_(4)∶CO_(2)值为0.0014±0.00001,表明无锡市车辆以CO_(2)排放为主。

基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35组,胞壁酸39组,氨基半乳糖25组,利用Meta分析方法,探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明:整体上,增温背景下微生物残体积累有所增加,但响应规律具有生态系统特异性,其中,农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同,表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量,增幅分别为10.3%和5.0%。相应地,增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值,说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下,细菌残体占土壤有机碳(SOC)比例显著增加,微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变,暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现,增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子,增温幅度小于或等于2℃时,微生物残体的积累数量会增加,增加比例为2.7%~14.6%,而增温幅度大于2℃则会降低微生物残体在土壤中的积累,降低比例为8.0%~14.3%。此外,增温的时间尺度不同(短期、中期、长期)也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上,增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例,影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关,而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。

沙尘过程中汾渭平原气溶胶化学组分及含水量的演变特征研究

为研究沙尘过程对下游城市地区空气质量的影响,本文基于2021年3月10日—4月6日气溶胶化学组分和气象要素的在线观测数据,结合MODIS卫星遥感AOD(Aerosol Optical Depth)数据、MERRA 2再分析数据和环境六要素数据,探讨了汾渭平原两次沙尘过程和一次扬尘过程中气溶胶化学组分的演变特征,使用ISORRPIAⅡ模式计算了气溶胶含水量和pH,分析了其变化特征.结果表明:①沙尘1(2021年3月16日00:00—21日07:00)、扬尘(3月21日08:00—28日14:00)和沙尘2(3月28日15:00—31日21:00)期间,西安市PM10平均浓度分别为309.5、168.3和472.2μg/m^(3),分别是沙尘前(3月10日00:00—15日22:00)的2.7、1.5和4.1倍.②两次沙尘和扬尘均起源于内蒙古自治区阿拉善盟以及甘肃省酒泉市—张掖市—金昌市一带,但由于传输路径存在显著差异,导致对地面PM_(2.5)浓度的影响不同,沙尘1、扬尘和沙尘2期间PM_(2.5)浓度分别是沙尘前的1.2、1.1和2.5倍.③沙尘和扬尘过程中PM_(2.5)中水溶性离子浓度占比均减小,沙尘1、扬尘和沙尘2中水溶性离子占比分别为45.8%、37.9%和14.8%.在不同阶段PM_(2.5)中水溶性离子占比最高的均为NO_(3)^(−),范围为24.6%(沙尘2)~38.7%(沙尘前);其次是NH4+,占比在19.1%(沙尘前)~22.3%(沙尘2)之间.沙尘过程对SO_(2)转化生成SO_(4)^(2−)的影响要弱于对NO_(2)转化生成NO_(3)^(−)的影响.④沙尘1过程中POC(一次有机碳)占比最高为49.0%,但在扬尘和沙尘2过程中POC占比均较低,分别为42.3%和41.2%,略低于沙尘前.⑤沙尘1、扬尘和沙尘2过程中气溶胶含水量均显著降低,分别为沙尘前的29.9%、43.7%和6.2%.⑥沙尘过程使得水溶性离子中阳离子含量增加,使得气溶胶碱性增强.沙尘1和沙尘2过程中pH分别为6.7和6.5,高于沙尘前(6.2).研究显示,沙尘传输对汾渭平原城市大气中PM_(2.5)化学组分影响较大,显著降低了气溶胶的含水量,增加了气溶胶的pH,导致气溶胶的酸碱性变化,从而影响气溶胶化学组分的生成机制.

不同水稻品种光合特性及叶绿素对臭氧浓度升高的响应差异

为研究不同水稻品种光合特性及其叶绿素含量对臭氧(O_(3))污染响应的差异并选育O_(3)耐受性品种,本研究基于开放式O_(3)浓度增加系统(O_(3)-FACE),以12个水稻(Oryza sativa L.)品种(4个杂交稻品种和8个常规稻品种)为供试材料,设置两个O_(3)处理(A-O_(3):环境大气;E-O_(3):1.5倍环境O_(3)浓度),分别在灌浆前期和灌浆中期测定供试水稻的叶片光合特性及叶绿素含量。结果表明:在灌浆前期和灌浆中期,O_(3)浓度升高使杂交稻的饱和光合速率(A_(sat))分别平均下降15.1%和26.8%,气孔导度(gs)分别平均下降9.2%和27.4%,常规稻的A_(sat)分别平均下降8.7%和20.4%,g_(s)分别平均下降20.2%和13.1%。两个时期水稻的A_(sat)和gs下降的同时,大部分品种的叶片胞间CO_(2)浓度(C_(i))几乎维持不变,但电子传递效率(ETR)发生不同程度的变化,这说明O_(3)浓度升高对不同水稻品种影响的差异主要是由于ETR、叶肉细胞同化能力等非气孔因素的限制。由于O_(3)浓度升高的累积效应,大部分供试水稻品种的叶绿素总量在灌浆中期才出现明显下降,瞬时水分利用效率(WUE)由灌浆前期上升变为灌浆中期下降。研究表明,O_(3)浓度升高下不同水稻品种间的光合作用响应存在显著差异,且杂交稻比常规稻响应更敏感,其中扬两优6号对O_(3)最敏感,淮稻5号和南粳5055的O_(3)耐受性较强。

南京梅雨降水同位素组成从事件到年际尺度的变化特征

梅雨降水量占季风区全年降水量的40%~50%,为了厘清梅雨降水同位素从事件到年际尺度上的变化特征及其影响因素,本研究分析了2015—2022年南京梅雨期间降水同位素特征,使用具有比湿分析的混合单粒子拉格朗日综合轨迹模型(HYSPLIT)分析了南京梅雨降水同位素的水汽来源和影响因素。结果表明:1)南京大气降水同位素组成夏季贫化、冬季富集,氘盈余(d_(x))夏低冬高,梅雨降水同位素组成较全年平均水平更为贫化;2)梅雨降水δ^(2)H和δ^(18)O与局地气象条件无显著相关关系;但雨量较小的降水事件中d_(x)较低,反映出云下二次蒸发的影响;梅雨降水量较多的年份,梅雨期间平均d_(x)明显较高;3)低纬度南海源区和西太平洋源区为梅雨提供水汽,水汽源地的转换会导致连续降水过程中同位素信号的突变。本研究能为季风区降水同位素研究提供数据支持,并为深入理解梅雨降水机理和研究东亚季风区大气环流季节变化提供参考。

基于机器学习算法和能量闭合理论的高标准稻田蒸散估算

为选出模拟长江中下游高标准稻田各生育期实际蒸散(ETa)的最优机器学习模型,并探究能量闭合对机器学习模型模拟ETa的影响,基于南通市2020年高标准水稻田小气候、土壤和通量观测数据,分析各生育期稻田ETa及相关因子的时间变化特征,利用BP神经网络和随机森林两种算法估算各生育期ETa,评估基于波文比的强迫能量闭合对机器学习模型模拟ETa精度的影响。结果表明:(1)在不同生育期,气象和土壤因子对稻田ETa的重要性不同,入射短波辐射(K↓)始终是稻田ETa的主控因子。(2)加入K↓可显著提高机器学习模型对ETa的模拟精度,相关系数提高了14.9%,RMSE降低51.1%。5种变量组合中,包含饱和水汽压差(VPD)、风速(U)、气温(Ta)、相对湿度(RH)和入射短波辐射(K↓)的BP1模型是模拟分蘖期前稻田ETa的最佳模型,包含Ta、RH和K↓的BP3模型更适于模拟分蘖期后的稻田ETa。(3)强迫能量闭合能改善BP神经网络模型对ETa的模拟效果,在分蘖期前更为明显,5种变量组合中,BP2模型(U、Ta、RH和K↓)在能量闭合后的模拟效果提升最明显,相关系数提高了3.5%,RMSE降低25.7%。

不同形态氮对杨树光合特性及生长的影响

杨树(Populusspp.)是我国北方平原地区主要用材和园林绿化树种,但不同形态氮对杨树生长生理的影响是否有差异目前还不清楚。为探讨4种形态氮(铵态氮、硝态氮、硝铵态氮和酰胺态氮)对杨树光合特性及生长参数的影响。该研究以两种不同基因型杨树——杨树‘546’(Populusdeltoidescv.‘55/56’×P.deltoidescv.‘Imperial’)和杨树‘107’(P.euramericanacv.‘74/76’)幼苗为实验材料,采用土培方法,测定不同形态氮施加后杨树幼苗的气体交换参数、叶绿素荧光参数、株高、基径、比叶面积、生物量及根冠比变化。两种基因型杨树生长习性基本类似,喜光、喜水、喜肥,但杨树‘546’较杨树‘107’对低温更敏感,有着较低的株高与较大的单叶面积。结果显示:杨树‘546’和杨树‘107’叶片光合特性相似,但生长状况存在明显差异。氮处理能够显著提高两种杨树净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、光系统Ⅱ (PSⅡ)实际光化学量子效率、流经PSⅡ的电子传递速率、基径、株高、比叶面积及生物量,但降低其根冠比。除叶片净光合速率,杨树其他光合特性指标和生长参数在不同形态氮处理间差异不显著,但不同基因型杨树对不同形态氮的响应明显不同。特别是,相比于其他形态氮处理,硝铵态氮处理显著提高杨树‘107’叶片净光合速率,但不同形态氮处理对杨树‘546’光合特征和生长指标的影响均没有显著差异。综合来看,硝铵态氮和酰胺态氮对杨树光合、生长和生物量积累更有利,但杨树‘107’在酰胺态氮处理下氮利用效率更高,而杨树‘546’则倾向利用硝态氮和铵态氮。