金沙江河谷大气二氧化碳浓度变化特征及影响因子

大气CO₂是重要的温室气体,其浓度变化与气候变化、植物生长、人类活动等密切相关.为了解高原地区近自然状态下大气CO₂浓度变化及其影响因子,选取气象要素变化较明显、人为干扰较少的金沙江河谷为研究对象,在谷底江岸边的稀树草坪上设置观测点,对大气CO₂浓度和主要气象要素进行连续对照观测,经数据计算并采用Pearson相关系数对其相关性进行分析.结果表明:①研究区大气c（CO₂）日变化和年变化均具有波动性,日最高值（316.2 μmol/L）和最低值（291.0 μmol/L）分别出现在09:00和13:00左右,年最高值（338.9 μmol/L）和最低值（228.5 μmol/L）分别出现在10月和7月;季节性变化呈春、夏两季低于秋、冬两季的特征.②研究区大气c（CO₂）与温度呈显著负相关（r=-0.97,P < 0.01）,即白天温度高而大气c（CO₂）低,夜间温度低而大气c（CO₂）高.研究区大气c（CO₂）与相对湿度呈显著正相关（r=0.97,P < 0.01）,00:00-07:00大气c（CO₂）和相对湿度均缓慢上升,09:00-12:00大气c（CO₂）和相对湿度均快速下降.研究区大气c（CO₂）与风速呈显著负相关（r=-0.93,P < 0.01）,其与风对大气c（CO₂）有扩散作用相关;不同季节大气c（CO₂）最高值或最低值所对应的风向有所不同.研究显示,金沙江河谷大气c（CO₂）的时间变化特征明显,其与温度、相对湿度、风速、风向等气象要素的变化密切相关.      

一维全球碳循环模式研究

开发了一个陆地生物圈、海洋水圈和大气圈三圈耦合的全球碳循环模式,包括土地利用变化和化石燃料两大人为源的影响,并考虑稳定同位素分馏效应.调试结果表明,该模式能够再现工业革命以来大气CO₂的变化历史,能正确反映海洋内部的碳循环过程和全球碳循环中的同位素分馏效应,结果较为理想.进一步分析发现,传统模式可能低估了海洋的碳吸收能力,高估了CO₂施肥作用对碳循环的影响.      

CO2浓度倍增对湿地小叶章生理特性的影响

选择三江平原湿地典型草甸化小叶章（Calamagrostis angustifolia）为研究对象,利用开顶箱控制CO₂浓度,模拟CO₂浓度倍增对小叶章生理特性的影响. 结果表明,小叶章对CO₂浓度倍增的响应依赖于氮素供应状况. 缺氮 （0 kg/hm2） 条件下,CO₂浓度倍增使w（叶绿素）,w（游离氨基酸）和w（可溶性蛋白质）降低,w（可溶性糖）增加;而当氮素供应充足时,w（叶绿素）,w（游离氨基酸）和w（可溶性蛋白质）均显著增加. 施氮促进小叶章叶绿素、游离氨基酸和可溶性蛋白质合成,降低了w（可溶性糖）. 小叶章在高浓度（以摩擦尔分数计）CO₂（700 μmol/mol）熏蒸40 d,光合能力出现下降趋势. 施氮可以促进小叶章的生长,调节其对CO₂浓度升高的适应现象.      

河北省中南部二氧化碳浓度的飞机探测研究

为探究河北省中南部CO₂时空分布特征,利用空中国王350飞机搭载高精度CO₂分析仪和相关辅助设备,对石家庄、邢台城市上空(600～5600m)CO₂浓度进行飞机探测,探测期间共飞行4架次,取得7组CO₂浓度垂直廓线数据,探测期间CO₂浓度最小值为398.3×10^-6,最大值为414.6×10^-6,多架次垂直方向上平均浓度为(401.4～403.9)×10^-6.CO₂浓度随高度的增加,无明显规律性变化.边界层顶位于1000～2000m左右高度,在边界层顶以下受近地面排放源的影响较大.2500m高度上,其浓度随高度变化均存在一个短暂减小的趋势,高空基本不受近地面污染源的影响,CO₂浓度接近地面本底浓度.在同一高度上,白天CO₂浓度均略高于夜间.夜间CO₂在混合层聚集,混合层顶浓度达最大.邢台上空的CO₂与CH...     

黄土塬地区CO2驱油封存泄漏地下水监测体系研究

针对鄂尔多斯黄土塬地区CO₂驱油封存项目的监测需求,在综合辨识黄土塬地区地下水潜在的CO₂泄漏特征,剖析CO₂泄漏进入地下含水层后的空间运移及时间响应特征的基础上,结合CO₂驱油封存过程,建立了1套面向黄土塬地区CO₂驱油封存CO₂泄漏的全时空立体化地下水监测体系。研究表明:受地形地貌及土壤特点影响,黄土塬地区驱油封存的CO₂具有盖层突破、井筒侧漏、降雨反渗和地表径流补给的多源泄漏特征;CO₂泄漏进入地下含水层后具有纵向快速运移扩散、横向四周缓慢扩散并随地下水向下游运移的空间运移特征和CO₂浓度、电导率等指标上升,pH值下降以及Ca2+、Mg2+离子浓度先上升后下降的时间响应特征。基于上述特征所建立的监测体系可为该区域CO₂驱油封存示范项目的监测提供参考。     

中国大陆CO2浓度时空分布特征及驱动因素

以中国大陆地区为研究区域,基于全球变化大数据云共享平台的CO₂浓度时空连续数据集、欧洲中期天气预报中心(ECMWF)、MODIS以及中国年鉴筛选的驱动因子数据集(人口总数、GDP、能源消费数据),借助相关性分析方法及地理加权回归分析方法对2015～2019年CO₂浓度分布时空特征与驱动因子之间的关系进行分析.结果表明:CO₂浓度按年周期持续上升,其增长率呈明显的空间聚集性,同时重新标度极差法分析结果表明CO₂浓度仍呈增长趋势;驱动因子敏感性分析显示人类活动是导致CO₂浓度增长的主要因素;自然和人类活动对区域CO₂浓度的影响呈现出明显的空间异质性,区域位置不同,自然和人类活动等驱动因子对区域的影响作用有差异.     

不同氮水平下秸秆和酚类、有机酸对土壤碳含量的影响

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO₂浓度下导致作物生物量增加和更多酚类、有机酸输入对土壤碳含量的影响. 结果表明,CO₂浓度升高时,通过根系分泌的酚类、有机酸对土壤各粒级分配的影响受秸秆加入和氮水平的调控. 在有无秸秆加入条件下,酚类、有机酸的加入主要增加了粒径>250和<53 μm土壤的碳含量. 单位土壤各粒级的碳含量均增加,粒径>53 μm增加幅度较大;在没有秸秆加入的常规氮水平与有秸秆加入的低氮水平下,碳含量变化幅度较大. 表明来自高CO₂浓度条件下秸秆和酚类、有机酸对土壤碳的固定具有重要的作用和意义.      

北京城市地区CO2通量特征

城市CO₂排放是全球大气CO₂的重要来源. 为探讨不同气象背景条件、土地利用方式和覆盖类型以及能源消耗方式对城市CO₂排放的影响,利用北京325m气象塔(39°58′N、116°22′E)上140m高涡动相关仪监测的湍流数据,对2009年6月26日—2011年12月31日气象塔周边区域共919d CO₂通量的时间变化及方向分布特征进行了研究,并计算了CO₂的年排放量. 结果表明:CO₂通量受交通因素影响明显,各季节CO₂通量日间早、晚峰值出现时间与车流量高峰时间一致,该特征在冬季表现尤为突出. 冬季取暖会显著增加CO₂排放量;受供暖排放和植物休眠的影响,冬季CO₂通量全天均高于其他季节,日均值为30.1μmol/(m2·s),显著高于春、夏、秋三季的15.2、17.9和15.8μmol/(m2·s) (t-test,P<0.001). CO₂通量在不同方向的分布特征表明,其值与源区内人工建筑面积所占比例成正比;而在植被覆盖比例较高的方位,其CO₂通量相应较小. 气象塔周边区域CO₂年均排放量达到30.0kg/(m2·a),但仍小于伦敦的35.5kg/(m2·a).      

唐山上空CO2和CO浓度特征的飞机探测研究

为研究唐山城市上空CO₂与CO浓度时空分布,进一步定量其碳排放,于2018年11月~2019年3月,利用运十二飞机搭载高精度温室气体分析仪和相关辅助设备,对唐山市上空（200m~4600m）CO₂与CO浓度进行飞机探测.探测期间共取得6组CO₂和CO浓度垂直廓线数据.结果表明：探测期间CO₂浓度变化范围406×10^-6~453×10^-6,CO浓度变化范围27×10^-9~1135×10^-9.夜间探测有明显的混合层存在时,CO₂与CO浓度分布在混合层内有向上聚集现象,且在混合层顶均达到最大值;白天探测无明显的混合层存在时,浓度整体随高度增加而减小.在探测期间整层的平均风力小于4级时,CO₂和CO浓度极显著相关,CO₂和CO浓度比变化范围32.2~43.9.以2019年2月23日白天的架次为案例进行分析,微风条件下空气团经过城市后,CO₂和CO浓度均有所增加,显示当日唐山是CO₂和CO的源,结合质量平衡法或大气反演模式可以进一步估算城市CO₂和CO排放量.     

不同氮水平下秸秆和活性碳对土壤不同粒级碳的影响

利用采集自FACE(Free Air Carbon Dioxide Enrichment)技术平台上田间培养的土壤样品,通过温室培养的方法,研究不同CO₂浓度下导致作物生物量增加和更多碳输入对土壤含碳量的影响. 结果表明, CO₂浓度高(即通过秸秆还田和根系进入土壤的含碳量增加)时,其显著影响碳在不同粒级土壤中的转化,粒径>53 μm土壤的含碳量增加,粒径<53 μm土壤的含碳量降低;在没有秸秆加入的常规氮水平下与有秸秆加入的低氮水平下,含碳量变化幅度较大;单位土壤各粒级的含碳量均有增加,有秸秆加入,活性碳(葡萄糖)量越大,含碳量增加幅度越大;没有秸秆加入,活性碳量越大,总碳含量增加幅度越小. 而不同氮水平下秸秆的分解代谢对土壤不同粒级碳的影响还不明确,有待继续研究.      

不同大气CO2浓度升高处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田中分解特性的影响

为研究大气CO₂浓度逐渐增加和稳定高浓度处理对水稻秸秆在后茬冬小麦田土壤中分解特性的影响,进行田间试验,设置3个浓度水平——背景大气CO₂浓度(CK)、每个生长季CO₂浓度比CK逐渐增加40 μmol/mol(T1)、每个生长季CO₂浓度均比CK高200 μmol/mol(T2),处于上述3个浓度水平下连续3个生长季的水稻秸秆处理编号分别用CK-OTC、T1-OTC、T2-OTC表示,第3个生长季T1-OTC的CO₂浓度为120 μmol/mol,3个生长季中前两个生长季处于开顶箱(OTC)外且第3个生长季处于OTC内的处理分别表示为CK、T1、T2.将不同处理下的水稻秸秆埋入麦田土壤中,于填埋后30、60、84、119、149 d测定剩余秸秆的质量以及总碳(TC)、总氮(TN)含量.结果表明:填埋后30 d不同处理下秸秆的分解率为33.2%~38.2%,至149 d填埋结束,不同处理下秸秆的分解率为57.3%~60.3%.填埋试验后期(填埋后84、119、149 d)的秸秆分解率与粗纤维含量之间存在显著(P < 0.05)或极显著(P < 0.01)相关关系.T1、T2处理下水稻秸秆在分解过程中的TC含量与CK无显著(P>0.05)差异,而OTC-T1处理下水稻秸秆在整个分解阶段的TC含量显著(P < 0.05)高于CK,且在填埋后60~119 d这一阶段T2处理下TC含量与OTC-CK处理之间存在边缘显著(0.05 < P < 0.10)差异.所有处理下的TC含量在填埋后比填埋前均明显降低,特别是对于TN含量而言,大部分处理下TN含量均随时间的线性增加程度达到极显著(P < 0.01)水平,C/N均在分解过程中随时间呈线性降低趋势(P < 0.05).研究显示,一个生长季尺度上CO₂浓度的升高会提高秸秆分解率,秸秆分解过程中TC分解速率比TN快,从而造成C/N下降.      

五台山大气CO2本底浓度及源汇特征

基于五台山站2017年1月~2020年12月的大气CO₂连续观测资料,采用平均移动过滤法（MAF）和后向轨迹分析方法,对五台山大气CO₂本底浓度及源汇特征进行研究.结果表明：五台山大气CO₂浓度受到区域或局地源汇的影响,筛分后的CO₂本底小时浓度振幅为44.9×10^-6,小于未经筛分的CO₂浓度振幅94.7×10^-6.2017~2020年CO₂本底浓度呈逐年上升趋势,但增幅放缓;抬升浓度占比有所下降,吸收浓度占比波动较小,表明人类活动对CO₂浓度的影响逐年减弱,而五台山周边地区陆地生态系统碳汇作用相对稳定.CO₂本底浓度夏季最低,秋冬季次之,春季最高;日变化夏季最明显,峰谷值分别出现在05：00和16：00,其他季节日振幅仅在0.7×10^-6~1.8×10^-6之间.与本底浓度相比,抬升浓度的差异值自10月至翌年3月明显增大,而吸收浓度的差异值在6~9月最显著,分别反映出人为活动排放源以及陆地生态系统吸收汇对CO₂本底浓度的影响.源汇浓度日变化均为单峰结构,抬升浓度白天高、夜间低,吸收浓度刚好相反.春、秋和冬季造成CO₂浓度明显抬升的地面风向主要为西南风,且随风速的增加CO₂浓度能够保持较高水平,而夏季主要为东北偏东风;春、夏季,2~4m/s的风速有利于进一步降低CO₂吸收浓度.后向轨迹分析表明,气团远距离输送对源汇浓度的影响除了取决于气团途径区域的CO₂排放情况,还与气团的空间垂直输送路径有关.     

新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸对水分条件的响应

为了揭示干旱半干旱区高寒湿地不同水分梯度对土壤呼吸规律的影响,以及土壤温度与含水量对土壤呼吸影响的差异性,以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,在2014年植物生长季利用LI-8100土壤碳通量自动测量系统对不同水分条件(常年积水区、季节性积水区、常年干燥区)下的土壤呼吸速率进行测定,分析土壤呼吸日变化、季节性变化特征及其与土壤温度、土壤体积含水量的关系. 结果表明:①不同水分条件下巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸速率日变化均呈明显的单峰曲线,常年积水区、季节性积水区、常年干燥区土壤呼吸速率最大值分别为1.97、7.39、8.83 μmol/(m2·s),均出现在13:00—15:00;土壤CO₂日累积排放量季节性变化明显,差异性达到极显著水平(P<0.01),三者的最大值分别为0.12、0.45、0.40 mol/m2,地表积水显著抑制了土壤呼吸,提高了土壤碳稳定性. ②不同水分条件下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤体积含水量之间均呈极显著正相关(P<0.01),常年积水区、季节性积水区和常年干燥区的Q₁₀(土壤呼吸温度敏感性)差异性极显著(P<0.01),其大小表现为常年干燥区(1.54)<常年积水区(2.22)<季节性积水区(3.36),各水分区域6月典型日的Q₁₀最大,表现为常年干燥区(2.56)<季节性积水区(4.30)<常年积水区(4.75),说明水分条件显著影响Q₁₀. ③巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤呼吸受地下5 cm处土壤温度(T)与0~5 cm土壤体积含水量(W)的综合影响,季节性积水区土壤呼吸速率与二者之间满足最佳拟合模型R_s=-1.113+0.041W-0.366T+0.008WT,常年干燥区则满足最佳拟合模型R_s=1.470+0.023W-0.027T+0.002WT.      

闽江下游不同碳组分及其通量特征

河流连接着地表主要碳库,在全球碳循环中发挥着重要作用.河流水体中不同碳组分的水平输送、水-气界面通量及其比例对认识河流在区域碳循环的作用具有重要意义.2013年11月-2014年10月在闽江下游竹岐水文站连续进行采样,分析水样中c（DIC）（dissolved inorganic carbon,溶解性无机碳）、c（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）和c（POC）（particulate organic carbon,颗粒性有机碳）,并结合相关参数估算闽江不同碳组分的水平及垂直通量.结果表明:① c（DIC）、c（DOC）、c（POC）分别为230~892、112~209、14~183 μmol/L.②调查期间闽江总碳水平通量达46×1010 g/a,其中,DIC水平通量为29×1010 g/a,占总碳水平通量的63%;POC水平通量为6×1010 g/a,相当于DOC水平通量（11×1010 g/a）的55%.③不同组分的季节变化特征不同,c（DIC）在丰水期较低、枯水期升高,表明DIC输出受流域生态系统的供应限制;各月c（DOC）变化不大,表明流域DOC输出潜力较大;c（POC）在丰水期明显升高,枯水季较低;溶解态碳是河水碳组分的主要部分;年内各月DIC水平通量分配较均匀,有机碳水平通量集中在丰水期.④闽江竹岐水体pCO₂（二氧化碳分压）为1 500~6 400 μatm（1 atm=101 325 Pa）,是大气CO₂的"源",闽江下游水-气界面CO₂垂直通量约为DIC水平通量的2%,闽江下游河流DIC输出以水平输出为主.建议今后进一步开展闽江中典型流域和水域的碳组分调查,加强闽江碳组分输出的控制机制研究.      

巢湖二氧化碳排放特征及其潜在影响因素

为探讨浅水湖泊CO2排放的时空格局及与CDOM来源组成潜在关联机制,于1月(枯水期)、4月(平水期)、7月(丰水期)不同水文情景下富营养浅水巢湖进行野外观测,采用扩散系数—顶空瓶法观测表层水体CO2浓度(cCO2)和通量(FCO2),并探讨CO2排放的潜在驱动因素,尤其是对CDOM来源组成的响应机制.结果表明,巢湖全湖...     

深圳市不同区域大气CO2变化特征与来源分析

于2020年12月1日~2021年12月1日分别在深圳市大学城和路边站两点位对大气CO₂和CO浓度进行了为期1a的观测.本次观测期间内两点位大气CO₂平均浓度分别为432×10^-6和439×10^-6,均呈现了“秋冬季高、春夏季低”的季节变化特征与“昼低夜高”日变化特征,且日变化特征在早晚高峰期受到交通源排放的显著影响.此外,通过引入CO₂和CO的净变化值得到大学城和路边站两点位的ΔCO₂/ΔCO值分别为136.8~184.8、59.0~119.3,结果表明机动车排放对深圳市大气CO₂贡献突出.     

苏南地区CO2本底浓度及源汇特征

基于2015~2018年苏州张家港站CO₂在线观测数据，采用时序检查、选取稳定性数据、异常值剔除等质量控制方法获得可靠数据，并通过平均移动过滤（MAF）本底筛分法获得本底数据，讨论苏南地区CO₂变化特征.结果发现：CO₂本底浓度日变化为单峰结构，谷值和峰值分别出现在下午15：00和凌晨5：00前后；季节变化为双峰结构，峰值分别出现在12月和4月；日、季节变化的分布特征均与陆地生态系统、气象条件和人类活动有关.此外，2015~2018年CO₂浓度呈逐年上升趋势，抬升浓度占比逐年增加，吸收浓度占比波动较小，表明人类活动对CO₂浓度的影响正在逐年增加；而陆地生态系统对CO₂吸收汇的作用则相对稳定.源汇分析显示，CO₂抬升浓度随季节小幅波动；吸收浓度则夏半年较低，冬半年较高；抬升浓度日变化为单峰结构，谷值和峰值分别出现在15：00和8：00前后，早晨正值上班高峰，机动车排放可能为早晨峰值的主要因素；吸收浓度日间低、夜间高，这主要与植物光合作用及对流输送有关.分析CO₂浓度与风的关系发现，所有季节静风情况下，CO₂浓度偏高均最为明显，大部分方向CO₂浓度高低与风速大小有明显的负相关，其中S~WNW方向偏高最为明显，这可能是因为SW~NW方向主要为内陆城市群，且测站周边建筑区主要位于W~N方向，弱风有利于本地排放累积的结果.此外，WNW方向风速较大时浓度仍偏高明显，可能与测站W~N方向为建筑区及内陆城市群有关；而测站偏东方向主要为农田和林区，受人类活动影响较小，且海上气流较为洁净，故偏东风较弱时浓度也不高；说明了CO₂浓度除了与风速大小有关外，与周边下垫面类型及较远距离环境特征（城市群或海洋）也有一定的关系.