Simulating global soil-CO2 flux and its response to climate change

It has been argued that increased soil respiration would become a major atmospheric source of CO2 in the event of global warming. The simple statistical models were developed based on a georeferenced database with 0.5° × 0.5° longitude/latitude resolution to simulate global soil-CO2 fluxes, to investigate climatic effects on these fluxes using sensitivity experiments, and to assess possible responses of soil-CO2 fluxes to various climate change scenarios. The statistical models yield a value of 69 PgC/a of global soil CO2 fluxes for current condition. Sensitivity experiments confirm that the fluxes are responsive to changes in temperature,precipitation and actual evapotranspiration, but increases in temperature and actual evapotranspiration affect soil-CO2 fluxes more than increases in precipitation. Using climatic change projections from four global circulation models, each corresponding to an equilibrium doubling of CO2, it can be found that the largest increases in soil-CO2 fluxes were associated with the boreal and tundra regions. The globally averaged soil-CO2 fluxes were estimated to increase by about 35 ％ above current values, providing a positive feedback to the greenhouse effect.     

Modeling effects of temperature and precipitation on carbon characteristics and GHGs emissions in Abies fabric forest of subaipine

Abies fabric forest in the eastern slope of Gongga mountain is one type of subalpine dark coniferous forests of southwestern China. It is located on the southeastern edge of the Qinghai-Tibet plateau and is sensitive to climatic changes. A process-oriented biogeochemical model, Forest-DNDC, was applied to simulate the effects of climatic factors, temperature and precipitation changes on carbon characteristics, and greenhouse gases （GHGs） emissions in A. fabric forest. Validation indicated that the Forest-DNDC could be used to predict carbon characteristics and GHGs emissions with reasonable accuracy. The model simulated carbon fluxes, soil carbon dynamics, soil CO2, N2O, and NO emissions with the changes of temperature and precipitation conditions. The results showed that with variation in the baseline temperature from -2℃ to ＋2℃, the gross primary production （GPP） and soil organic carbon （SOC） increased, and the net primary production （NPP） and net ecosystem production （NEP） decreased because of higher respiration rate. With increasing baseline precipitation the GPP and NPP increased slightly, and the NEP and SOC showed decreasing trend. Soil CO2 emissions increased with the increase of temperature, and CO2 emissions changed little with increased baseline precipitation. With increased temperature and decreased baseline temperature, the total annual soil N2O emissions increased. With the variation of baseline temperature from -2℃ to ＋2℃, the total annual soil NO emissions increased. The total annual N2O and NO emissions showed increasing trends with the increase of precipitation. The biogeochemical simulation of the typical forest indicated that temperature changes strongly affected carbon fluxes, soil carbon dynamics, and soil GHGs emissions. The precipitation was not a principal factor affecting carbon fluxes, soil carbon dynamics, and soil CO2 emissions, but changes in precipitation could exert strong effect on soil N2O and NO emissions.     

Modeling effects of temperature and precipitation on carbon characteristics and GHGs emissions in Abies fabric forest of subalpine

Abies fabric forest in the eastern slope of Gongga mountain is one type of subalpine dark coniferous forests of southwestern China. It is located on the southeastern edge of the Qinghai-Tibet plateau and is sensitive to climatic changes. A process-oriented biogeochemical model, Forest-DNDC, was applied to simulate the e ects of climatic factors, temperature and precipitation changes on carbon characteristics, and greenhouse gases (GHGs) emissions in A. fabric forest. Validation indicated that the Forest-DNDC could be used to predict carbon characteristics and GHGs emissions with reasonable accuracy. The model simulated carbon fluxes, soil carbon dynamics, soil CO2, N2O, and NO emissions with the changes of temperature and precipitation conditions. The results showed that with variation in the baseline temperature from –2℃ to +2℃, the gross primary production (GPP) and soil organic carbon (SOC) increased, and the net primary production (NPP) and net ecosystem production (NEP) decreased because of higher respiration rate. With increasing baseline precipitation the GPP and NPP increased slightly, and the NEP and SOC showed decreasing trend. Soil CO2 emissions increased with the increase of temperature, and CO2 emissions changed little with increased baseline precipitation. With increased temperature and decreased baseline temperature, the total annual soil N2O emissions increased.With the variation of baseline temperature from –2℃ to +2℃, the total annual soil NO emissions increased. The total annual N2O and NO emissions showed increasing trends with the increase of precipitation. The biogeochemical simulation of the typical forest indicated that temperature changes strongly a ected carbon fluxes, soil carbon dynamics, and soil GHGs emissions. The precipitation was not a principal factor a ecting carbon fluxes, soil carbon dynamics, and soil CO2 emissions, but changes in precipitation could exert strong e ect on soil N2O and NO emissions.     

单次降水对高寒草地温室气体通量昼夜变化的影响研究

在全球变化背景下,青藏高原降水格局发生改变,并影响高寒草地温室气体排放.为了更好地认识降水变化与高寒草地温室气体排放的关系,在2015年7月24日,通过人工降水6.7 mm,研究了单次降水对高寒草地温室气体昼夜变化的影响.表明:(1)单次降水没有改变土壤温度,但显著增加了土壤湿度;(2)单次降水后24小时内,高寒草地CH4吸收量降低了2.46倍,CO2和N2 O排放量分别提高15.3%和98.9%;(3)单次降水弱化了高寒草地CH4和N2 O排放量与土壤温度的关系.     

全球变化对我国荒漠化的影响

本文根据当前国内外科学家们对全球变化的研究及＂联合国环境与发展大会＂的决议第１２款,＂荒漠化＂的定义,探讨全球变化对我国土地荒漠化的影响。文中利用我国７００多个气象站点３０年的平均气象资料,采用联合国环境规划署环境监测系统／全球资料数据库方案活动中心以及国际上广泛应用的Ｔｈｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ计算ＰＥ与气候分类方法,计算和绘制了当ＣＯ_２倍增、气温升高１．５－４．５℃时我国干旱区、半干旱区及半湿润干旱区（Ａｒｉｄ,ｓｅｍｉ－ａｒｉｄａｎｄｄｒｙｓｕｂ－ｈｕｍｉｄａｒｅａｓ）分布变化的图表,同时利用我国北方１６０个气象台站近４０年连续记录的气象资料,进行滑动平均,计算和绘制了干旱、半干旱区的最近４０年来气温变暖及干湿变化的趋势图,分析了在全球变化下如果工业发展和其结构不变的情况下,未来３０－５０年我国土地荒漠化的发展趋势,为我国荒漠化监测预报和防治提供依据和对策。     

IBIS改进及其多尺度流域分布式生态水文模拟

针对集成生物圈模拟器IBIS未考虑高分辨率模拟情况下地表起伏对太阳辐射等参数影响的特点,改进了IBIS的地表太阳辐射计算模块、日气象数据读取模块,并增加了坡度、坡向数据读取模块。在土地利用覆被数据、DEM、坡度、坡向和降水、气温、云量、湿度、风速等气象数据的支持下,利用改进的IBIS分别对泾河及其子流域在0.041 5°和0.001°空间尺度上的生态水文过程进行了模拟,并用二源遥感估算的蒸散发对模拟结果进行了空间比较分析。结果表明,改进的IBIS在日、月、年不同时间尺度和不同空间尺度上均具有很好的模拟适应性与模拟能力,模拟蒸散发与二源遥感估算蒸散发结果比较一致,总体空间分布形态和趋势具有相似特征。     

土壤CO2浓度与地表CO2通量的季节变化及其相互关系

采用气相色谱法对贵州喀斯特地区不同土地利用方式土壤剖面CO2浓度与地表CO2通量的季节变化特征进行为期一年的观测.结果表明:土壤CO2浓度和地表CO2通量具有明显的季节变化规律,均表现为:从春季到夏季浓度和通量逐渐增加,而从秋季到冬季浓度和通量又逐渐降低,这与该区域的温度和降雨量变化趋势一致.不同土地利用方式土壤CO2...     

鄂南4种典型土地利用方式红壤CO2排放及其影响因素

以湖北省咸宁地区分布的红壤为研究对象,采用静态箱法对4种典型土地利用方式（水稻-油菜轮作田,旱地,林地,果园）土壤CO₂的排放特征及其相关影响因子进行了观测研究.结果表明,4种利用方式土壤CO₂的年排放总量从高到低分别为水稻-油菜轮作田1 129 g/(m²·a),果园828 g/(m²·a),旱地632 g/(m²·a),林地533 g/(m²·a).土壤CO₂排放通量呈现明显的季节性变异,水田夏季淹水期排放低,而其它3种土壤都是夏季最高,春秋次之,冬季最低,并与对应的大气温度、土壤温度变化趋势基本一致.其中5 cm地温与4种土壤CO₂排放通量均成极显著的相关关系,且以林地的相关性最大.除水田外,其它土壤CO₂排放通量与大气温度均呈显著正相关关系.根据5 cm地温与CO₂排放通量的相关方程计算得出,4种利用方式红壤的Q₁₀分别为水田1.51,果园1.88,林地2.08,旱地2.7.土壤CO₂排放通量与土壤WFPS之间并没有明显的相关关系.土壤可溶性有机碳（DOC）含量与CO₂排放通量的变化趋势基本一致,且DOC在降水或淹水的情况下显著增大.     

黄土高原地区1961—2000年间土壤水分变化模拟与分析

论文应用Vrsmarty水量平衡模型模拟黄土高原地区的土壤水分对全球气候变化的响应。该模型综合考虑了土壤、植被、高程、温度、太阳辐射、水汽压、风速和降雨等因子对土壤水分的影响。模型运行的结果表明,黄土高原地区土壤水分在1961—2000年期间是一种逐渐减小的变化趋势:该地区6月的平均土壤水分从1960s的42.3 mm降低到了1990s的38 mm;10月的土壤水平均值从1960s的93.9 mm降低到了1990s的56.7 mm,这种变化的原因是降雨量不断减少,年平均降水从1960s的443 mm降低到了1990s的406 mm,同时潜在蒸发量也在不断减少,月最大潜在蒸发量从1960s的190 mm降低到了1990s的142 mm。     

羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸的差异分析

应用静态暗箱-气相色谱法对羊草草原和贝加尔针茅草原的生态系统呼吸CO2通量进行了测算,分析了生态系统呼吸的影响因素,比较了2种草原生态系统呼吸的差异并分析了产生差异的原因.观测期间羊草草原生态系统呼吸CO2通量平均为(12.03±2.10)mg·(m2·min)-1,显著低于贝加尔针茅草原[(20.09±4.41)mg·(m2·min)-1];而羊草草原生物量显著大于贝加尔针茅草原(p0.001).羊草草原和贝加尔针茅草原生态系统呼吸都与温度(箱内气温、5cm和15cm地温)具有显著的指数函数关系.通过偏相关分析发现,在地温作为控制变量时,生态系统呼吸与土壤Eh、pH间不再具有显著的相关性,Eh、pH对CO2通量的影响可能是由地温变化间接引起的,而CO2通量与活体生物量呈现出了一定的相关性,与凋落物生物量无显著相关性.2种草原的CO2通量都可以用温度指数模型进行很好地模拟,基于地温的模拟效果(R2为0.568～0.639)显著好于基于箱内气温的(R2为0.323～0.426).地温是2种草原生态系统呼吸最重要的影响因素,它掩盖了地上部植物体对生态系统呼吸的影响.在该区域,土壤呼吸占生态系统呼吸比例较高,贝加尔针茅草原较高的有机质含量导致了其生态系统呼吸CO2通量较高.     

农业水分利用率及其对环境和管理活动的响应

全球变化引起全球温度升高,降水格局发生变化,使淡水资源更加匮乏。农业是占据首位的用水大户。如何节约农用水,提高农业水分利用率(WUE)是节约淡水资源,促进水资源的可持续利用,加快干旱和半干旱地区社会经济发展的关键。农业水分利用效率的概念及其表达式根据不同尺度、应用目的等而不同。提高WUE主要有两种原则:减少地表径流和蒸发,以及提高作物的蒸腾效率。论文描绘了提高农业水分利用率的模式图,提出了今后应着重研究的方向。     

稻田CO2通量对光强和温度变化的响应特征

采用涡度相关法对我国亚热带稻田生态系统CO2通量进行了连续监测,并对CO2通量随光强和温度变化的响应特征进行了分析.结果表明,白天稻田生态系统CO2通量对光强的响应过程可以用直角双曲线方程进行描述.随光强的增加,CO2通量(绝对值)呈增加趋势,当光强大于1 000μmol/(m2·s)时,CO2通量变化比较稳定.早、晚稻间以及不同生育期水稻的光量子利用效率和最大光合速率存在一定的差异.晚稻的光量子利用效率(0.046 5～0.099 9 μmol/μmol)高于早稻(0.0176～0.0541μmol/μmol),并以水稻生长旺盛期的光量子利用效率和最大光合速率最高.夜间稻田生态系统呼吸速率随土壤温度的升高呈指数增加,5 cm土层温度可以作为反映稻田呼吸速率变化的温度指标.早稻生长季生态系统呼吸对温度的变化明显较晚稻生长季更为敏感.     

降水变化对荒漠草原土壤呼吸的影响

全球气候变化使得降水格局发生显著改变.土壤呼吸作为土壤碳库向大气释放CO₂的重要途径,其对降水变化的响应可能会影响陆地生态系统碳循环进程,并对全球气候变化产生反馈作用,但目前关于土壤呼吸对降水变化的响应没有一致的结论.以黄土高原西部荒漠草原为对象,通过野外降水控制实验减水40%（-40%）、减水20%（-20%）、自然降水、增水20%（20%）和增水40%（40%）,探究降水变化对土壤呼吸动态的影响及其与土壤含水量、土壤温度、地上生物量、土壤有机碳、微生物量碳和碳氮比（有机碳总氮比）等因素的关系.结果表明,在3 a期间不同降水处理下土壤呼吸的日变化呈现较一致的单峰和双峰模式.土壤呼吸随降水量的增加均呈增加趋势,且相较对照,土壤呼吸在降水控制实验第二年（偏湿年份）和第三年（偏干年份）表现出显著差异,表明降水变化对土壤呼吸产生了遗留效应.同时,相比对照,偏湿年土壤呼吸在-40%处理下显著最低,在40%处理下显著最高,土壤呼吸对减水处理的负响应强于对增水处理的正响应;偏干年土壤呼吸在增水处理下显著高于对照,且对增水处理的正响应明显强于减水处理.此外,土壤含水量、地上生物量、土壤有机碳和碳氮比是显著影响土壤呼吸的环境因子,且随降水量的增加而增加;土壤呼吸随土壤含水量、地上生物量、土壤有机碳和碳氮比的增加而增加,随微生物量碳的增加而减少,其中土壤含水量对土壤呼吸的解释率最高,这表明土壤含水量是控制荒漠草原区土壤呼吸的主要环境因子.无论在偏湿或偏干年份,降水变化下,植物生物量输入幅度均低于土壤呼吸输出幅度,表明降水变化可能不利于土壤碳固存,尤其偏干年份降水变化对碳库输出的影响更强.因此,荒漠草原区不同干湿年份降水变化对土壤呼吸的影响可能对生态系统碳循环过程产生不同的影响,进而为区域碳预算评估提供参考.     

祁连山高山草甸土壤CO2通量的时空变化及其影响分析

采用Li-6400便携式光合作用测量系统连接Li-6400-09土壤呼吸室,在2004年生长季节对祁连山高山草甸土壤CO₂通量沿海拔梯度进行了野外定位试验,统计分析了水热因子及根系生物量对高山草甸土壤CO₂通量特征的可能影响.结果表明,土壤CO₂通量存在明显的空间变化规律, 沿海拔梯度土壤CO₂通量随着海拔梯度的增加而逐渐减小,其变异系数逐渐增加;就日变化而言,土壤CO₂通量晚间维持在较低水平,02：00～06：00最低,在07：00～08：30开始升高,11：00～16：00达到峰值,16：00～18：30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤CO₂通量的日平均值介于(0.56±0.32) ～ (2.53±0.76) μmol·(m²·s)^-1.从季节变化来看,土壤CO₂通量均以夏秋季较高,春冬季排放量较低,7～8月份达到最大值［4.736 μmol·(m²·s)^-1］,6月与9月份次之,5月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.高山草甸土壤CO₂通量在植物生长季与10 cm土壤温度、土壤含水量、根系生物量都存在不同程度的正相关关系,表明高山草甸土壤CO₂通量的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.     

长江源区水文气象要素变化及其与大尺度环流因子关系研究

长江源区水文气象要素变化及其归因研究一直备受全球关注,现阶段研究多侧重于水文气象要素时空变化特征分析,针对长江源区水文气象要素与大尺度环流因子相互关系的研究不足。论文利用Mann-Kendall法、去趋势波动分析法和小波分析法,探究长江源区1957—2012年水文气象要素趋势性、波动性和周期性变化规律,分析水文气象要素与大尺度环流因子的相关关系,通过研究水汽通量揭示大尺度环流因子对水文气象要素变化的驱动机制。结果表明：20世纪90年代,长江源区气候暖干化,进入21世纪后,长江源区气候暖湿化趋势明显;长江源区水文气象要素序列具有正长程相关性,长江源区气候未来会继续呈现暖湿化变化趋势。长江源区水文气象要素都存在着1~5、10~24和25~45 a三种时间尺度周期变化规律。南亚季风是影响长江源区降水量和流量较为重要的大气环流因子,南亚季风驱动下的西南方向气流是长江源区主导气流和水汽来源。     

1961—2014年中国干燥度指数的时空变化研究

论文采用中国1961—2014年530个气象站数据,运用FAO-56 Penman-Monteith公式计算潜在蒸散发量,并结合降水量计算中国1961—2014年干燥度指数（Aridity index,AI）,然后采用Mann-Kendall趋势检验、突变检验和小波分析对其进行时空变化分析。结果表明：1）1961—2014年中国整体、西北地区、青藏地区的干燥度指数均呈显著减小趋势,而南方地区干燥度指数呈微弱减小趋势,北方地区干燥度指数呈不显著增加趋势。中国干燥度指数的突变发生于1986年,而各个分区的突变时间有所差异。2）1961—2014年中国整体、北方地区和西北地区干燥度指数变化主周期均为28 a,南方地区稍晚1 a,青藏地区提前2 a,所有地区均在主周期上经历了变大—变小—变大的过程。同时所有地区也存在不同时间尺度的次周期变化。3）整个中国、西北地区和南方地区潜在蒸散发量的减少和降水量的增加,共同引起了干燥度指数的减小。在北方地区,年降水量的显著减小和潜在蒸散发减小引起干燥度指数呈现微弱增加趋势。在青藏地区,潜在蒸散发的微弱增加和降水量显著增加引起干燥度指数呈现显著减小趋势。4）中国干燥度指数在空间格局上和降水的分布相反,呈现出西北大、东南小的特征。北方地区整体干燥度指数偏小,但中部区域降水相对减少,蒸发能力增强,导致干燥度指数相对偏大。南方地区气温较高,蒸发能力强,但雨量充沛,是我国干燥度指数最小的区域。西北地区较为干燥,降水少,蒸发强,是我国干燥度指数最大的区域。青藏地区由于青藏高原的阻挡作用以及东部地区较为丰富的降水量,使得干燥度指数由东向西逐渐增加,呈现西干东湿的格局。     

基于GRACE数据的中国水储量变化特征分析

论文以中国2003—2015年GRACE水储量数据、GLDAS-Noah地表蒸散发数据、地面实测降水数据为数据源,基于Theil-Sen Median 趋势分析和Mann-Kendall检验法,分析了中国水储量、降水量以及蒸散发量的变化趋势及相关关系,并利用经验正交函数（EOF）分析了中国水储量变化时空分布特征,结果表明：1） 2006年以后中国整体水储量年际变化剧烈,且降水和蒸散发可以识别水储量异常时段内的特征信息;2） 2003—2015年全国各地水储量、降雨量和蒸散发量变化空间分布差异明显;3） 全国共有18.6%的地区气候因素对水储量变化的方差解释量超过50%,主要位于中国东北、东南沿海、四川盆地、青海高原以及新疆西北部地区;4） EOF分解的GRACE水储量各主成分信息可以表征研究时段内中国地区整体和局部的水储量时空变化特征。     

An estimate on the rainout of atmospheric CO2

IntroductionCarboncirculatesbetweentheatmosphere ,biosphere ,oceansandthelithosphere(Warneck ,1988) .Thecarbonfluxesbetweenthesereservoirs,suchasburningoffuels ,photosynthesisandrespirationofecosystems,andtheuptakeoftheocean ,havebeenestimatedquantitative…     

腾发覆盖垃圾填埋场覆盖层机理试验研究及结构分析

研究了腾发覆盖垃圾场覆盖层水平衡机理并探讨了植物、土质和厚度调节对控制覆盖层水均衡的作用.6组腾发覆盖试验结果表明,腾发作用在覆盖层水量平均过程中起关键作用,覆盖层土壤水分耗散与叶面积指数表现出非线性增长关系;植物生长条件下覆盖层土壤水分总耗散量可以达到无植物覆盖情况下的3.3～4.5倍,60 cm覆盖厚度、植物生长条件下能够提供97.2 mm的土壤水库容积,而无植物生长情况下有效库容仅为62.8 mm; 降雨入渗在覆盖层中表现出非均匀运动特性,流动区域随深度的增加而呈指数递减的趋势,20、40和60 mm降雨条件下最大入渗深度与平均入渗深度的比值分别为3.65、1.77和1.40,表明土壤水库容量不仅取决于覆盖层土壤质地,厚度和初始含水率,并且与降雨量有关,非均匀入渗是植物生长条件下渗沥产生的主要原因.Hydrus-2D模拟覆盖层水均衡要素动态结果显示,相比粘土,选用砂壤性土壤能够更为有效利用腾发作用的调节和控制覆盖层水分,达到控制渗沥的目的.     

臭氧浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响

通过田间试验,采用静态箱-气相色谱法测定CO2排放通量,研究臭氧(O3)浓度升高对土壤-冬小麦系统CO2排放的影响.结果表明,O3浓度升高对CO2排放的季节变化模式无明显影响.在返青期和拔节孕穗期,O3浓度升高显著降低了土壤-冬小麦系统的CO2排放通量;在抽穗成熟期,O3浓度100 nL·L-1处理对CO2排放通量没有...