基于精细化观测的沙尘通量分布特征

研究沙尘随高度的变化特征对揭示沙尘物质在近地层分布特征具有重要意义。为揭示0—80 m沙尘通量的垂直分布规律,在野外实测的基础上,选取2008年7月20日、8月7日、8月19日、8月29日4次沙尘天气,对贴地层（0—0.05 m）、中间层（0.05—2 m）、近地层（2—80 m）的沙尘通量进行对比分析。结果表明：贴地层（0—0.05 m）,沙尘通量随着高度的增高呈增加趋势,最大值为1604.29 g?mm^?2。中间层（0.05—2 m）,沙尘通量随高度分布的关系为幂函数关系,且随着高度的升高沙尘通量减小,决定系数R²值均在0.9以上。近地层（2—80 m）,沙尘通量随高度增加呈分段函数分布,32 m、48 m处为沙尘通量的拐点高度。由此看出,研究沙尘通量对阐明沙尘输送机制非常重要,不仅可加强对沙尘输送的定量研究,还可为沙尘输送的数值模拟提供重要参数。     

Application of nanoparticle tracking analysis for characterising the fate of engineered nanoparticles in sediment-water systems

Novel applications of nanotechnology may lead to the release of engineered nanoparticles (ENPs), which result in concerns over their potential environmental hazardous impact. It is essential for the research workers to be able to quantitatively characterise ENPs in the environment and subsequently to assist the risk assessment of the ENPs. This study hence explored the application of nanoparticle tracking system (NTA) to quantitatively describe the behaviour of the ENPs in natural sediment-water systems. The NTA allows the measurement of both particle number concentration (PNC) and particle size distribution (PSD) of the ENPs. The developed NTA method was applied to a range of gold and magnetite ENPs with a selection of surface properties. The results showed that the positively-charged ENPs interacted more strongly with the sediment than neutral and negatively-charged ENPs. It was also found that the citrate coated Au ENPs had a higher distribution percentage (53%) than 11-mercaptoundecanoic acid coated Au ENPs (20%) and citrate coated magnetite ENPs (21%). The principles of the electrostatic interactions between hard (and soft) acids and bases (HSAB) are used to explain such behaviours; the hard base coating (i.e. citrate ions) will interact more strongly with hard acid (i.e. magnetite) than soft acid (i.e. gold). The results indicate that NTA is a complementary method to existing approaches to characterise the fate and behaviour of ENPs in natural sediment.     

Insights into the formation of secondary organic carbon in the summertime in urban Shanghai

To investigate formation mechanisms of secondary organic carbon(SOC) in Eastern China,measurements were conducted in an urban site in Shanghai in the summer of 2015. A period of high O_3 concentrations(daily peak 120 ppb) was observed, during which daily maximum SOC concentrations exceeding 9.0 μg/(C·m~3). Diurnal variations of SOC concentration and SOC/organic carbon(OC) ratio exhibited both daytime and nighttime peaks. The SOC concentrations correlated well with O_x(= O_3+ NO_2) and relative humidity in the daytime and nighttime, respectively, suggesting that secondary organic aerosol formation in Shanghai is driven by both photochemical production and aqueous phase reactions. Single particle mass spectrometry was used to examine the formation pathways of SOC. Along with the daytime increase of SOC, the number fraction of elemental carbon(EC) particles coated with OC quickly increased from 38.1% to 61.9% in the size range of 250–2000 nm, which was likely due to gas-to-particle partitioning of photochemically generated semi-volatile organic compounds onto EC particles. In the nighttime, particles rich in OC components were highly hygroscopic, and number fraction of these particles correlated well with relative humidity and SOC/OC nocturnal peaks. Meanwhile, as an aqueous-phase SOC tracer, particles that contained oxalate-Fe(III) complex also peaked at night. These observations suggested that aqueous-phase processes had an important contribution to the SOC nighttime formation. The influence of aerosol acidity on SOC formation was studied by both bulk and single particle level measurements, suggesting that the aqueous-phase formation of SOC was enhanced by particle acidity.     

黄土高原成龄苹果园生态系统CO2通量特征

黄土高原地区是中国和世界苹果(Malus demestica)集中连片栽培面积最大的区域,在生态环境改善中发挥了重要作用,然而关于黄土高原地区苹果园生态系统尺度上的碳通量研究很少.在本研究中,利用涡度相关技术对我国陕西黄土高原地区成龄苹果园生态系统的CO_2通量和气象因素进行了观测.基于2016年1月到2016年12月的观测数据,定量分析了此苹果园净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(R_(eco))和生态系统总初级生产力(GPP)不同时间尺度及主要气象因素的变化,探究了光合有效辐射(PAR)和不同层次土壤温度(T_s)、空气温度(T_a)对NEE的影响.结果表明,苹果园生态系统NEE月总量在非果树生长季12、1、2和3月为正值(表现为碳源),生长季(4~11月)均为负值(表现为碳汇),整体表现为强烈的碳汇.生长季NEE月平均日变化在8月出现最大吸收峰[-17.08μmol·(m~2·s)~(-1)],11月吸收峰最小[-4.47μmol·(m~2·s)~(-1)];在非生长季NEE的月平均日变化非常微弱,昼夜变化不明显.GPP、Reco和NEE日总量的最大值分别为11.12、5.04和-7.34 g·( m~2·d)~(-1).GPP、Reco和NEE月总量的最大值分别为238.97、105.38和-144.44 g·(m~2·月)~(-1),月GPP和NEE总量在5~8月保持相对稳定的高值.全年GPP、Reco和NEE分别为1 223.2、525.2和-698.0 g·(m2·a)-1,表明我国黄土高原地区的成龄苹果园生态系统具有相对较高的固碳能力.夜间生态系统呼吸Reco.n与不同层次土壤温度、空气温度之间呈正相关关系,相关系数表现为T_(s-5 cm)T_(s-10 cm)T_(a-4 m)T_(a-8 m);光合有效辐射PAR可以解释白天NEE变化的80%以上.     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

春季黄、渤海中异戊二烯的浓度空间分布与海-气通量

利用吹扫捕集-气质联用方法测定了2014年5月黄海、渤海所取海水样品中异戊二烯的含量,探讨了其分布特征、海-气通量及影响因素.研究结果表明：春季黄海、渤海海域表层海水中异戊二烯的浓度范围为6.02~32.91pmol/L,（平均值±标准偏差）为（15.39±4.98）pmol/L,在黄海中部海域出现浓度高值;表层海水中异戊二烯与叶绿素a（Chl-a）浓度有一定的正相关性（R²=0.2529,n=49,P < 0.001）,说明浮游植物生物量在异戊二烯生产和分布中发挥重要作用;春季黄海、渤海异戊二烯海-气通量的变化范围为0.78~192.43nmol/（m²·d）,（平均值±标准偏差）为（24.08±30.11）nmol/（m²·d）,表明我国陆架海区是大气异戊二烯重要的源.     

南通沿海潮间带土-气界面CO2交换特征

选择南通协兴港附近裸露潮滩,使用便携式土壤通量测量系统开展潮间带湿地CO₂通量监测,研究无植被覆盖条件下潮间带碳通量特征及其影响因素的关系.实验结果表明,各潮滩CO₂固定水平表现为高潮带 < 中潮带 < 低潮带.低潮带叶绿素a含量较高,对CO₂的吸收能力较强,而高潮带有机碳含量高,微生物呼吸作用释放的CO₂通量较高,研究区整体上表现为对CO₂净吸收.此外,CO₂净固定通量随土壤有机碳含量和落潮时间增加而下降,与土壤叶绿素a含量和地下水位关系密切.研究成果对于明确人类活动对江苏沿海潮间带裸露光滩碳循环的影响具有重要意义.     

亚热带河口潮滩湿地N2O排放对氮硫增强输入的响应

以亚热带区域闽江河口短叶茳芏中、高潮滩湿地为研究对象,于2014年7月至11月进行氮硫增强输入的实验,利用静态箱-气相色谱法测定潮滩湿地中N_2O排放通量,并同步测量相关的环境因子.结果显示,不同潮滩湿地N_2O排放通量对氮硫增强输入的响应存在差异,但总体上看均促进了N_2O的排放.与对照相比,NH_4~+-N输入使中、高潮滩排放通量分别提高了157.97%和236.36%;NO_3~--N输入使中潮滩提高了60.95%,而使高潮滩N_2O排放通量提高了246.77%;SO_4~(2-)-S输入分别使中、高潮滩N_2O通量提高50.68%和87.17%;而N-S复合输入则使中、高潮滩N_2O通量分别增加了84.20%和117.79%.不同的处理组对中、高潮滩的N_2O排放通量的促进作用分别表现为:NH_4~+-NN-SNO_3~--NSO_4~(2-)-S及NO_3~--NNH_4~+-NN-SSO_4~(2-)-S.氮硫增强输入改变了短叶茳芏潮滩湿地N_2O排放通量的变化规律,但除了NH_4~+-N处理对高潮滩N_2O排放通量的影响显著外,其他处理组的影响均未达到显著性水平.中、高潮滩湿地N_2O的排放通量与沉积物温度、含水率具有显著的相关关系,而与电导率相关性不显著.随着全球环境问题的日益严重,系统研究湿地生态系统N_2O排放的机制与规律,对于科学准确的估算全球温室气体排放量具有重要的意义.     

航天器内部充电评估软件的实现

在欧空局提供的FLUMIC模型的基础上,加入了地球同步轨道GOES卫星在2003--2009年大于2MeV的高能电子通量数据,验证改进了其在L=6．6Re处的理论公式;并利用FLUMIC模型在一般L值情形下的理论公式,设计编写了航天器内部充电评估软件。此软件能计算在一定的时间内,卫星在轨运行时可能遭受的粒子微分通量或积分通量值,以作为航天器高能辐射防护的设计依据。     

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.