西藏枪勇冰川冰下富碎屑化学沉淀特征与冰下过程

西藏枪勇冰川是我国现代大陆性冰川之一,在其外缘冰床背冰面的基岩表面和节理裂隙中发现了富碎屑化学沉淀,为研究冰岩界面的物理、化学过程提供了良好载体。对该区富碎屑化学沉淀理化特征的研究表明：枪勇冰川冰下存在压力融水,冰下碎屑,特别是陆源气溶胶粉尘来源的碎屑,能与融水及其中溶解的CO₂发生化学反应,释放出Ca⁺⁺;Ca⁺⁺随融水向下游方向迁移,在冰床背冰面,由于上覆压力减小,融水中的CO₂逸出并发生复冰作用,使融水中的Ca⁺⁺重新富集,形成CaCO₃沉淀,并将融水中的粉砂粘粒碎屑胶结,形成富碎屑化学沉淀;枪勇冰川冰下融水的存在,证明其冰下存在温度接近融点的融区,有类似于温性冰川的滑动过程。     

新疆北部覆膜滴灌棉田的碳交换日、生长季变化特征

利用涡动相关系统测定新疆石河子棉区覆膜滴灌棉田的CO₂通量,分析2010年棉花各生育期净生态系统碳交换（NEE）的日变化特征,并将[NEE]拆分为生态系统总生产力（GEP）和生态系统呼吸（R_eco）,分析三者的生长季变化特征及其影响因素。结果表明：在播种期和苗期,棉田白天和夜间的NEE变化幅度都较小;其他生育期NEE白天呈‘V’形变化,夜间为正值且变化小。NEE的日变化主要受太阳总辐射影响。GEP、R_eco和NEE的生长季变化趋势与叶面积指数变化相对一致,最大日累积量均出现在花铃期,分别为11.8,8.0和-6.2 g C·m^-2·d^-1。播种期、苗期、蕾期、花铃期和吐絮期的日平均[NEE]分别为2.6,1.6,-1.2,-2.8和0.5 g C·m^-2·d^-1。整个生长季棉田NEE累积量为-122.2 g C·m^-2,表现为碳汇。由偏相关分析可得,GEP,R_eco和NEE的生长季变化与气温的相关系数最高,其次为饱和水汽压差,再次为太阳总辐射和土壤温度,结果表明气温是影响棉田GEP,R_eco和NEE生长季变化的主要气象因素。气温对棉田GEP,R_eco和净碳吸收起促进作用,而饱和水汽压差对其起限制作用。     

大兴安岭多年冻土区森林土壤温室气体通量

多年冻土温室气体排放对全球气候变化有重要影响。采用静态暗箱—气相色谱法,于2016—2017年生长季（5—9月）,对大兴安岭多年冻土区兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）通量进行野外原位观测,对比分析温室气体通量的动态变化特征及其关键影响因子。结果表明：3种林型土壤CO₂通量范围为65.88~883.59 mg·m^-2·h^-1;CH₄通量范围为-93.29~-2.82 μg·m^-2·h^-1;N₂O通量范围为-5.31~45.22 μg·m^-2·h^-1。整个生长季兴安落叶松林、樟子松林和白桦林土壤均表现为CO₂、N₂O的排放源、CH₄的吸收汇,土壤CO₂和CH₄通量在不同林型和年际间差异显著。3种林型土壤CO₂通量与5 cm、10 cm和15 cm土壤温度呈极显著正相关（P < 0.01）;CH₄通量受土壤含水量和10 cm、15 cm土壤温度的影响较大（P < 0.05）;兴安落叶松林和樟子松林土壤N₂O通量与气温呈显著正相关（P < 0.05）,而白桦林土壤N₂O则与15 cm土壤温度呈显著负相关（P < 0.05）。基于100 a时间尺度计算温室气体全球综合增温潜势,3种林型土壤温室气体的排放对气候变暖具有正反馈作用。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

不同种植方式下柽柳光合生理参数光响应特性研究

为选择合适的间套模式,在塔干沙漠南缘绿洲外围利用Li-6400光合作用仪对四种种植模式(行间混交、带状混交、块状混交、块状套作)下多年生多枝柽柳(Tamarix ramasissima ledeb.)的光合水分生理指标对有效光辐射(PAR)的响应进行测定。结果表明:(1)柽柳具有高光饱和点(679~822μmol·m^-2·s^-1)和高光补偿点(50.0~61.1μmol·m^-2·s^-1)。(2)不同的光照强度和种植方式对柽柳净光合速率有明显的影响(p<0.01),当0< PAR< 1500μmol·m^-2·s^-1,除胞间CO₂浓度(Ci)外柽柳的各项生理指标均随光照的增强而增加。(3) PAR>1500μmol·m^-2·s^-1后,块状套作和块状混交气孔导度(Gs)下降,行间混交和带状混交Gs则随光强增加而递增;带状混交下胞间CO₂浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均随光强增加而递增,其他3种种植方式下Ci和Tr均呈递减或平稳趋势。(4) 4种种植方式下柽柳光响应曲线的特征参数存在着差异(P<0.05),带状混交下的光饱和速率、光饱和点、表观量子效率均最高,块状混交的暗呼吸速率最大,水分利用效率(WUE)随着光强的增强而逐步增大,依次表现为带状混交>块状混交>行间混交>块状套作。通过4种种植方式柽柳光响应特征的综合分析可知,带状混交下的柽柳具有高光合和高水分利用效率的特点,对于极端干旱的塔南地区而言,该种植方式下的柽柳生理特征表现出最好的适应性。     

巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射与能量平衡特征

利用2013年7月、10月和2014年1月、4月巴丹吉林沙漠北缘拐子湖流动沙地地表辐射、土壤热通量、土壤温湿度和湍流通量等观测资料,分析了拐子湖地区地表辐射收支和能量通量在不同季节条件下的日变化特征及能量分配和闭合状况。结果表明:地表辐射各分量和能量平衡分量的月平均日变化结果整体均表现为标准的单峰型日循环形态,受不同季节影响,日变化曲线存在显著的季节变化差异,各分量均呈7月最大、1月最小、4月大于10月, 1月和7月的R_s↓、R_s↑、R_l↑、R_l↓、R_n日均值依次为98.9 W·m^-2和614.6 W·m^-2、34.6 W·m^-2和87.3 W·m^-2、276.9 W·m^-2和494.2 W·m^-2、214.8 W·m^-2和385.0 W·m^-2、0.4 W·m^-2和128.7 W·m^-2。与塔中、肖塘等地相比,该区域具有相对较高的地表反照率,整体呈冬季高夏季低,年均0.34。1月和7月的H、LE、G₀日均值依次为4.7 W·m^-2和78.8 W·m^-2、0.3 W·m^-2和20.3 W·m^-2、2.9 W·m^-2和35.0 W·m^-2。从能量分配来看,研究区干旱的气候和极低的植被覆盖造成了各季节全天潜热通量占净辐射份额始终较小,白天以感热为能量的主要消耗形式,土壤热通量次之。此外,R_n于正午达到日峰值后逐渐减小,受辐射强迫升温的地面以感热形式对空气的热量输送却不断持续,而促使H/R_n日间始终保持明显的增长趋势。     

基于氢氧同位素和水化学的祁连山老虎沟冰川区径流过程分析

基于2012-2013年两个消融期在祁连山老虎沟冰川区连续2 a采集的冰川融水径流、雪冰以及降水样品,分析探讨了冰川区水体介质中氢氧同位素和水化学要素(主要化学离子、pH值、TDS和电导率等)在消融期的变化过程及特征。结果表明:祁连山老虎沟雪冰融水中的氢氧同位素值(δD和δ¹⁸O)表现出明显的消融期随月份波动,先升高再降低的趋势,在7月份表现出高值,反映了冰川消融强弱程度的变化过程。冰川径流中同位素含量与冰雪融水接近,且处于当地降水线上,其主要来自冰雪融水和降雨补给。老虎沟冰川融水径流水化学主要表现为Ca-Na-HCO₃-SO₄和Ca-Mg-HCO₃-SO₄型,其组成特征也表现出随消融过程而变化。对氢氧同位素和化学要素组成在消融期(6~9月)随时间的变化过程进行了分析,表明结合冰川区氢氧同位素和化学要素(包括化学离子、TDS、pH值和电导率等)的组成可以区分雪坑和新雪、河水的组分变化,可以反映冰川融水径流在消融期的变化过程。     

塔克拉玛干沙漠腹地秋季陆面过程特征

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中2014年10月的秋季涡动通量数据,分析了塔中秋季陆面过程通量变化特征。结果表明：（1）塔中秋季10月净辐射R_n、感热通量H、潜热通量LE、地表土壤热通量G₀峰值依次为273.0、141.6、5.0、105.0 W·m^-2,平均日总量依次为2.85、2.68、0.08、-0.57 MJ·m^-2,净辐射能量分配以感热能量输送为主。（2）不同典型天气下,净辐射日总量扬沙>晴天>阴天>降水;阴天、扬沙天气H随R_n不同程度削减而减少,降水天气潜热增多导致日变化特征有别于其他天气。（3）10月能量闭合率为79.0%,不同天气能量闭合率阴天>晴天>扬沙>降水,依次为86.8%、83.4%、79.4%、71.4%。（4）地表反照率晴天呈“U”型变化,阴天和扬沙天气地表反照率趋势变缓发生波动现象,降水天气波动较大,趋势先降低后回升。（5）月平均热通量日间为正值,夜间为负值。日间能量闭合率为73.9%,夜间为50.8%,存在较高的能量不闭合。     

青海湖高寒湿地生态系统生长季CH4通量

利用涡度相关法研究青海湖高寒湿地生态系统2015-2016年生长季CH₄通量。结果显示：生长季CH₄通量表现为白天排放、夜间微弱吸收或排放的日变化特征,其中2015年CH₄通量日平均值为56.67 mg·m^-2,2016年CH₄通量日平均值为35.92 mg·m^-2。7月和8月排放量最大,生长季前期和后期排放较弱,2015年最大排放量出现在7月,为3.76 g·m^-2,2016最大排放量出现在8月,为1.67 g·m^-2。温度、电导率、土壤体积含水量与CH₄通量显著相关,气温和CH₄通量线性正相关。生态系统总初级生产力和呼吸及水热通量与CH₄通量也存在显著的相关关系,其中生态系统总初级生产力和呼吸是影响甲烷动态变化的主要因子。     

蒙古高原风蚀颗粒物空间过程数值模拟及预报

基于WRF-IWEMS耦合模型对2016年3月1~9日发生在蒙古高原的强沙尘天气过程进行数值模拟,着重模拟了尘源、粉尘传播路径以及粉尘扩散过程中浓度变化和影响范围,并采用卫星影像、站点监测数据与模型结果进行对比分析。结果表明：此次风沙天气过程的尘源分布在新疆哈密地区、阿拉善高原、中蒙边境戈壁地区以及浑善达克沙地部分地区,粉尘自源区分别沿河西走廊、贺兰山区、张家口等地扩散至华北和京津地区。蒙古高原土壤风蚀可使华北地区来自自然源的大气颗粒物PM₁₀、PM_2.5浓度分别达到1 000 μg·m^-3、200 μg·m^-3以上,还可使华北地区大气颗粒物浓度高于200 μg·m^-3的天气持续48 h以上。     

南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH_4、CO_2和N_2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH_4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH_4·m~(–2)·h~(–1),半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N_2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N_2O·m~(–2)·h~(–1);黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH_4和N_2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH_4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N_2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO_2的汇,最高CO_2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)和(91.2±26.5) mg CO_2·m~(–2)·h~(–1);而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO_2吸收量。CO_2、N_2O、CH_4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P0.05),但在降水与温度波动下,N_2O与CH_4通量都随CO_2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH_4、N_2O排放量的估算有重要影响。     

南极大气CO_2、CH_4和N_2O本底趋势特征分析

对南极大气温室气体CO_2(含δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2)、CH_4和N_2O长期测值进行比较分析。结果表明,南极是全球大气温室气体浓度(CO_2稳定同位素丰度值)随纬度分布变化中的最低(高)区域。南极大气温室气体浓度值变化趋势、年增长率与全球整体上一致,但在具体数值上存在差异。南极CO_2平均年增长率(1958—2014年)为(1.43±0.59)mg·L~(–1)·a~(–1),低于同期赤道(1.51±0.72)mg·L~(–1)·a~(–1),但1980—2014年和2000—2014年年增长率均高于南半球中纬度地区。δ~(13)C-CO_2和δ~(18)O-CO_2丰度趋势揭示了化石燃料排放和全球尺度过程对CO_2的影响,但南极是受影响最小的区域。1983—2014年南极CH_4平均增长率为(6.2±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),低于北半球中纬度(6.5±5.6)μg·L~(–1)·a~(–1)而高于赤道(5.6±5.3)μg·L~(–1)·a~(–1)和南半球中纬度(6.1±4.9)μg·L~(–1)·a~(–1),这与CH_4人为排放增强主要在北半球中纬度地区而显著被OH氧化在赤道和中纬度地区的事实是吻合的。南极N_2O平均年增长率为(0.87±0.15)μg·L~(–1)·a~(–1)(2005—2013年),与南半球中纬度地区接近但低于北半球而高于赤道地区。     

2011年初冬南极普里兹湾冰间湖区上层水体结构演化研究

利用5头活动于南极普里兹湾的象海豹携带的CTD观测获得的2011年3—6月埃默里冰架前缘冰间湖区域海水温盐剖面数据, 研究了该海域上层水体结构在初冬的演化过程。结果显示, 可将该演化过程分为三个阶段：第一阶段海水温度从层化到均匀, 3月下旬次表层仍维持暖水特征, 随着表层海水冷却作用, 次表层暖水逐渐消失, 上下水体温度趋于均匀并接近冰点, 温度剖面从“逆温型”演变到“均匀型”; 第二阶段海水盐度从层化到上下均匀, 也就是从“均匀型”演变到“渐变型”, 海水结冰析盐过程使上层海水盐度增加, 增强垂直对流混合, 上下层盐度达到均匀; 第三阶段冷却结冰持续, 海水盐度继续增大, 形成盐度随深度减小, 温度随深度增大的“渐变型”结构。根据温盐剖面数据计算三个阶段的海-气之间的热通量分别是－90.93、－82.20和－43.44 Wm^-2。考虑海水盐分的增加主要源于海冰形成, 由此推算三个阶段内平均的海冰形成速率分别是5.4、4.9和2.5 cm d^-1。在南极初冬时期, 随着海水上层低温高盐化演变持续, 海水向大气释放的热通量逐渐减少, 海冰形成速率也呈减少趋势。     

干旱区不同土壤和作物灌溉量的无机碳淋溶特征实验研究

为探讨干旱区作物灌溉对盐碱土无机碳传输的影响,通过选择不同含盐量的土壤,即耕地土（F）、混合土（C）和原生荒漠土（D）,分别种植水稻（R）和棉花（C）,进行了一个生长季的淋溶实验,并定期收取且分析土壤淋溶液中的可溶性无机碳（DIC）含量。结果表明：（1）水稻处理无机碳的淋溶主要集中在秧苗分蘖期和幼穗发育期,而棉花处理则集中在花铃期和吐絮期;（2）不同含盐量土壤在同一灌溉量下,土壤含盐量越高,其淋溶过程得到的无机碳总量越大,最高约为8.4 g·m^-2·a^-1,最低仅约0.7 g·m^-2·a^-1;（3）同种土壤不同灌溉量,其水稻高于棉花,高出值范围为2.9～4.1 g·m^-2·a^-1;种植作物处理得到的无机碳总量均大于其相应对照处理的量（p＜0.05）。研究结果表明,土壤的盐含量及作物灌溉量对土壤无机碳淋溶有重要影响。     

白令海和楚科奇海陆架区的生源物质埋藏通量研究

楚科奇海和白令海通过白令海峡相连,是气候变化研究的关键区域。利用210Pb过剩法开展两个海域沉积过程和生源物质的埋藏通量研究。研究发现,白令海陆架区沉积柱样(NB22)受到生物扰动影响,楚科奇海沉积物柱样(R17)所受生物扰动很小。通过建立模型,获得楚科奇海陆架区的沉积速率为0.6±0.1 mm·a~(-1),白令海陆架区的沉积速率为2.1±0.7 mm·a~(-1)。忽略沉积过程,白令海陆架区由生物扰动引起的混合因子为1.38±0.92 cm2·a~(-1);考虑沉积过程,则混合因子为0.65±0.95 cm2·a~(-1)。白令海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:6.85 mmol C·m-2·d-1、37.7 mmol Si·m-2·d-1、3.15 mmol C·m-2·d-1;楚科奇海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:5.71 mmol C·m-2·d-1、9.78 mmol Si·m-2·d-1、3.08 mmol C·m-2·d-1。楚科奇海陆架区具有高效的垂直输运的海洋生物泵,白令海陆架区海洋生物泵可能存在较强的水平输运过程。海洋沉积物中210Pb信号不仅可以定量沉积速率和埋藏通量,也在一定程度上反映海洋底栖生物的扰动强度。