甘肃省作物布局演变及其对区域气候变暖的响应

根据甘肃省1985-2005年的气候资料和同时期主要作物播种面积等统计资料,利用快速聚类分析方法分析了气候变暖背景下甘肃省主要作物的种植格局和种植界限演变情况。结果表明:过去20 a里特别是进入20世纪90年代,在河西地区,玉米和棉花播种范围扩张趋势明显,种植面积比重显著增加,春小麦种植面积比重快速降低,种植范围大幅向祁连山浅山区退缩,种植结构的这种调整使玉米和棉花逐渐取代小麦成为河西主要作物,并最终导致该区主要作物种植格局从以小麦为主转变为以玉米和棉花为主;在中部地区,春小麦面积逐年缩小,冬小麦和杂粮种植扩张,玉米的种植比例逐年上升,马铃薯种植逐渐形成规模,形成了以小麦和玉米为主的种植格局;在东南部地区,春小麦和冬小麦面积逐年缩小,玉米、冬油菜和其他喜温的经济作物种植比例逐年上升。相关分析表明,上述作物种植格局的变化与气候变暖带来的积温增加及积温带北移东扩密切相关。     

Soil warming effect on net ecosystem exchange of carbon dioxide during the transition from winter carbon source to spring carbon sink in a temperate urban lawn

The significant warming in urban environment caused by the combined effects of global warming and heat island has stimulated widely development of urban vegetations. However, it is less known of the climate feedback of urban lawn in warmed environment. Soil warming effect on net ecosystem exchange (NEE) of carbon dioxide during the transition period from winter to spring was investigated in a temperate urban lawn in Beijing, China. The NEE (negative for uptake) under soil warming treatment (temperature was about 5℃ higher than the ambient treatment as a control) was -0.71 μmol/(m².sec), the ecosytem was a CO₂ sink under soil warming treatment, the lawn ecosystem under the control was a CO₂ source (0.13 μmol/(m².sec)), indicating that the lawn ecosystem would provide a negative feedback to global warming. There was no significant effect of soil warming on nocturnal NEE (i.e., ecosystem respiration), although the soil temperature sensitivity (Q₁₀) of ecosystem respiration under soil warming treatment was 3.86, much lower than that in the control (7.03). The CO₂ uptake was significantly increased by soil warming treatment that was attributed to about 100% increase of α (apparent quantum yield) and A_max (maximum rate of photosynthesis). Our results indicated that the response of photosynthesis in urban lawn is much more sensitive to global warming than respiration in the transition period.     

长株潭地区人为源氨排放清单及分布特征

根据收集到的长株潭地区各类人为源氨排放的活动水平数据和排放系数,建立了长株潭地区2013年人为源氨排放清单,并根据空间特征数据进行了3 km×3km的空间网格分配.结果表明,长株潭地区2013年人为源氨排放总量为7.27×10~4t,排放强度为2.59 t·km~(-2);其中,畜禽养殖业和农田生态系统为最主要的氨排放源,氨排放分担率分别达58.60%和29.73%;畜禽养殖业中,肉牛、蛋鸡和肉猪是主要贡献源,分别占畜禽养殖业氨排放总量的26.26%、21.40%和18.43%;宁乡县、湘潭县和浏阳市为氨排放量较大的县市,分别占长株潭地区氨排放总量的17.49%、12.82%和12.02%;石峰区和岳塘区的氨排放强度最大,分别达到了9.14 t·km~(-2)和5.01 t·km~(-2).空间分布特征显示排放量较大的网格主要是大型点源.     

2005~2017年全球大气边界层SO2时空变化

使用2005~2017年遥感数据研究了全球大气边界层SO₂时空分布特征及变化趋势.结果表明：空间分布上SO₂呈现空间异质性,大气高SO₂柱量值集中在以火山喷发为代表的自然源区域和以工业排放为代表的人为源及附近区域;一、二、三级SO₂柱量值在全球范围内整体呈现纬度地带性分布特征,北半球受人为影响较为明显,分界线在陆地区域向南凸出,海洋上向北凹陷,而南半球受人为影响较小,分界线呈现与纬线平行趋势;2005~2017年全球大气边界层SO₂单元栅格年均值整体呈现先增后减趋势,火山喷发导致2008、2009、2011年夏季出现了明显的波动,其余季节无显著变化;全球范围内大气边界层SO₂年内变化,伴随太阳直射点南北移动,2005~2014年一级SO₂柱量值延纬向对称轴的纬度,除10~12月份外,其余月份与对应月15日太阳赤纬基本吻合.     

人类活动净氮输入时空变化特征及其影响因素——以香溪河流域为例

为了阐明人类活动对三峡库区第一大支流香溪河流域氮输入的影响程度,基于人类活动净氮输入（NANI）模型估算了2001~2015年间香溪河流域乡镇水平的人类活动净氮输入,分析了氮输入的主要来源及其动态变化.结果表明：时间尺度上,香溪河流域人类活动净氮输入（NANI）因氮素施用的变化而呈现先上升后下降最后上升的趋势,但2015年相对2001年的NANI下降了143kg N/（km²·a）;空间尺度上,香溪河流域NANI整体呈现北低南高的分布格局,其中NANI输入强度差异较大的区域主要有昭君镇、峡口镇和黄粮镇.从人类活动净氮输入的组成上来看,氮肥施用仍然是最主要的来源（40.06%）,其次为大气氮沉降（29.98%）和食品/饲料净氮输入（27.75%）,作物固氮仅占净氮输入总量的2.21%.香溪河流域的NANI与人口密度和耕地面积比例极显著相关（P<0.001）;而NANI与河流氮输出的相关性不显著,香溪河流域河流氮输出占NANI的比例仅为24.28%.因此,可以通过减少氮素施用降低流域尺度氮素净输入量,但该流域NANI与河流氮输出无直接的响应关系.     

内蒙古气温变暖停滞对其影响因子变化的响应

采用中心聚类、M-K检验等方法,以内蒙古地区为例,利用全球Pacific Decadal Oscillation（PDO）、Multivariate ENSO Index（MEI）等大空间尺度数据以及内蒙古及其周边70个气象站1951~2016年平均最低气温、平均气温、平均最高气温、风速、大气压等站点数据,定性、定量揭示变暖停滞的变化特征及其对影响因子变化的响应.结果表明：研究区各分区3类气温在1981~1993年间发生升温突变,此后1998~2008年间陆续发生变暖停滞.不同类型气温在不同分区与各影响因子的相关性优劣有所不同,如平均最低气温与AMO、PDO、MEI、太阳总辐射、风速、大气压的相关性最好,平均气温次之,平均最高气温最差;西部区气温与AMO、PDO、MEI、太阳总辐射相关性较好,中部区气温则与AMO、风速相关性较好等.整体上,1990s~2000s,随各分区AMO上升驱缓、PDO处于正位相阶段但呈下降趋势或处于负位相时、MEI值与太阳总辐射下降、风速、大气压、相对湿度的持续下降/上升及之后的趋势转变,各分区气温发生变暖停滞,如当AMO开始整体进入上升趋缓阶段,风速持续减小8~13a,倾向率达到-0.26~-0.11m/（s·10a）时,平均气温发生变暖停滞.平均最低气温对3类影响因子变化的响应最敏感,平均气温次之.气温变暖停滞是多种影响因子共同作用的结果.本研究丰富了该方面研究成果,对气候变化研究及防灾减灾等有一定借鉴意义.     

轮作方式对冬水田温室气体排放的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的冬水田(RF)、水稻-油菜轮作(RR)和水稻-儿菜轮作(RV)农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对农田的温室气体的排放通量进行了为期一年的原位观测,其中采用静态暗箱技术观测CH4和N2O,静态明箱技术观测CO2.结果表明,不同轮作方式下CH4的年排放总量[以CH4计,kg·hm-2]RF(422.87±27.1) RR(132.05±23.11) RV(50.91±3.83),其中RV与RR处理较RF处理CH4排放量有明显下降(P0.05);N2O的年排放总量[以N2O计,kg·hm-2]依次为RV(21.38±6.51) RR(20.02±5.23) RF(0.48±0.02),RV和RR处理N2O的排放总量均显著高于RF(P0.05);CO2的年净排放总量[以CO2计,t·hm-2]为RR(-55.43±5.04) RV(-29.1±3.00) RF(-14.08±1.81),RV和RR处理CO2的吸收量显著高于RF处理(P0.05).在100a时间尺度上,全年排放的CH4、N2O和CO2所引起综合GWP(以CO2计,t·hm-2)为RR(-46.43) RV(-22.01) RF(-2.11),表明冬水田转变为水旱轮作系统后能显著提升农田生态系统的增汇效果,相比于RV处理,RR处理增汇效果更好,即在西南地区水稻-油菜轮作农田在生态系统增汇上是一种最有效的轮作方式.     

反硝化脱氮对太湖蓝藻水华态势的影响

反硝化作用是水生生态系统的主要脱氮过程,与蓝藻生长之间存在对氮素的竞争作用,然而气候变化背景下反硝化脱氮对蓝藻水华发生动态的影响仍不清楚.基于2017~2021年北太湖为期5 a的水质监测历史数据,结合不同温度下蓝藻生长和沉积物泥浆培养实验,探究了湖体反硝化脱氮与蓝藻水华之间的相互影响.监测数据表明,太湖水体藻类生物量（以Chla表示）高值主要出现在夏秋季节,而总氮浓度季节变化规律与藻类生物量完全相反,冬春季较高,夏秋季显著降低,溶解态无机氮主要以硝态氮为主,并且硝态氮浓度在夏秋季节几乎接近于零.总磷浓度与Chla浓度变化一致.蓝藻培养实验结果表明,20℃以下蓝藻不能大量生长繁殖.泥浆培养实验结果发现,太湖反硝化作用的最高温度阈值为25℃,在10~25℃之间反硝化潜力与温度呈现显著的线性关系（R²=0.99）.反硝化作用发生的最高硝态氮浓度阈值为4 mg ·L^-1,远高于太湖水体的硝态氮浓度,反硝化潜力最高达到（62.98±21.36）μmol ·（kg ·h）^-1.太湖水体反硝化速率受到硝态氮浓度的限制,而气候变暖导致湖泊温度提前升高,会使蓝藻提前生长,蓝藻生长对硝态氮的同化吸收会和反硝化作用产生竞争,使得大量氮还未被反硝化作用脱除就被藻类吸收利用,从而加剧蓝藻水华暴发的态势.研究结果对于解释近年来气候变化背景下太湖蓝藻水华反弹的机制具有重要科学意义.     

基于不同排放清单的长三角人为CO2排放模拟

目前基于排放清单估算的区域和城市尺度上的人为CO₂排放不确定性较大.为了我国实现碳达峰和碳中和的目标,亟需对我国的区域尺度,特别是大城市群的人为CO₂排放进行准确估算.分别利用两种先验人为CO₂排放数据(EDGAR v6.0清单和EDGAR v6.0联合GCG v1.0的改进清单)作为输入数据,采用WRF-STILT大气传输模型模拟长三角地区2017年12月至2018年2月大气CO₂摩尔分数,再以安徽全椒高塔观测的大气CO₂摩尔分数作为参考值,通过贝叶斯反演方法得到的比例因子改进了模拟结果,并实现了长三角人为CO₂排放通量的估算.结果表明：(1)在冬季,相对于基于EDGAR v6.0模拟的大气CO₂摩尔分数值而言,基于改进清单模拟的大气CO₂摩尔分数与观测值更为一致;(2)模拟的大气CO₂摩尔分数在夜间高于观测值,白天则相反,主要因为排放清单的CO₂排放数据不能表征人为...     

Global Warming and Global Dioxide Emission: An Empirical Study

In this paper, the dynamic relationship between global surface temperature (global warming) and global carbon dioxide emission (CO₂) is modelled and analyzed by causality and spectral analysis in the time domain and frequency domain, respectively. Historical data of global CO₂emission and global surface temperature anomalies over 129 years from 1860–1988 are used in this study. The causal relationship between the two phenomena is first examined using the Sim and Granger causality test in the time domain after the data series are filtered by ARIMA models. The Granger causal relationship is further scrutinized and confirmed by cross-spectral and multichannel spectral analysis in the frequency domain. The evidence found from both analyses proves that there is a positive causal relationship between the two variables. The time domain analysis suggests that Granger causality exists between global surface temperature and global CO₂emission. Further, CO₂emission causes the change in temperature. The conclusions are further confirmed by the frequency domain analysis, which indicates that the increase in CO₂emission causes climate warming because a high coherence exists between the two variables. Furthermore, it is proved that climate changes happen after an increase in CO₂emission, which confirms that the increase in CO₂emission does cause global warming.