Developing Subseasonal to Seasonal Climate Forecast Products for Hydrology and Water Management

We describe a new effort to enhance climate forecast relevance and usability through the development of a system for evaluating and displaying real‐time subseasonal to seasonal (S2S) climate forecasts on a watershed scale. Water managers may not use climate forecasts to their full potential due to perceived low skill, mismatched spatial and temporal resolutions, or lack of knowledge or tools to ingest data. Most forecasts are disseminated as large‐domain maps or gridded datasets and may be systematically biased relative to watershed climatologies. Forecasts presented on a watershed scale allow water managers to view forecasts for their specific basins, thereby increasing the usability and relevance of climate forecasts. This paper describes the formulation of S2S climate forecast products based on the Climate Forecast System version 2 (CFSv2) and the North American Multi‐Model Ensemble (NMME). Forecast products include bi‐weekly CFSv2 forecasts, and monthly and seasonal NMME forecasts. Precipitation and temperature forecasts are aggregated spatially to a United States Geological Survey (USGS) hydrologic unit code 4 (HUC‐4) watershed scale. Forecast verification reveals appreciable skill in the first two bi‐weekly periods (Weeks 1–2 and 2–3) from CFSv2, and usable skill in NMME Month 1 forecast with varying skills at longer lead times dependent on the season. Application of a bias‐correction technique (quantile mapping) eliminates forecast bias in the CFSv2 reforecasts, without adding significantly to correlation skill.     

基于微气象学方法的麦田CO2和O3通量的观测与模拟

利用涡度相关技术对长江三角洲地区冬小麦麦田白天时段CO₂和O₃通量进行连续观测,分析其变化特征.引入并参数化Jarvis乘法模型,预测冬小麦冠层尺度CO₂和O₃通量.结果表明：整个观测期间,麦田CO₂浓度和通量的范围分别为372.3~487.1μL/L和-0.4~-40.3μmol/（m²·s）,均值分别为402.6μL/L和-13.4μmol/（m²·s）.O₃浓度和通量的范围分别为4.6~116.6nL/L和-0.2~-20.7nmol/（m²·s）,均值分别为50.9nL/L和-6.8nmol/（m²·s）.CO₂和O₃通量最高值出现在冬小麦的孕穗期和开花期,该时期冬小麦光合能力最强,对CO₂与O₃的吸收最大.冬小麦CO₂和O₃通量总体上呈相似的日变化模式,上午CO₂通量明显高于下午,上午O₃通量却低于下午.温度、水汽压差、光合有效辐射、物候期等环境因子驱动下的冬小麦冠层通量与叶片气孔导度具有相似的限制机制,利用修订后的Jarvis乘法模型模拟了CO₂和O₃通量,并与实测值进行对比验证,表明修订后的模型分别解释了CO₂和O₃通量62%和60%的变异性,适用于本地冬小麦CO₂和O₃通量的模拟.     

太湖流域典型城镇地表水中AOX的污染特征

采用微库仑法,分析常州市武南区域地表水和污水处理厂出水中可吸附有机卤素（AOX）的浓度,揭示了该区域AOX的污染特征.结果表明,区域内地表水中AOX的年均浓度为41.9μg/L,与其他研究结果相当或偏低,夏季浓度高于冬季.从空间分布上看,永安河中段、滆湖北部和京杭运河以北区域污染相对严重,其中断头浜截流是造成AOX污染突出的一个重要原因.市政污水处理厂和纺织工业污水处理厂出水的年污染负荷较高,是两类重要的排放源,对地表水中AOX污染有较大的贡献.     

Seasonal variation and sources of derivatized phenols in atmospheric fine particulate matter in North China Plain

Qualitative and quantitative analyses of derivatized phenols in Beijing and in Xinglong were performed from 2016 to 2017 using gas chromatography-mass spectrometry.The results showed substantially more severe pollution in Beijing.Of the 14 compounds detected,the total average concentration was 100 ng/m~3 in Beijing,compared with 11.6 ng/m~3 in Xinglong.More specifically,concentration of nitro-aromatic compounds(NACs)(81.9 ng/m~3 in Beijing and 8.49 ng/m3 in Xinglong) was the highest,followed by aromatic acids(14.6 ng/m~3 in Beijing and 2.42 ng/m~3 in Xinglong) and aromatic aldehydes(3.62 ng/m~3 in Beijing and 0.681 ng/m~3 in Xinglong).In terms of seasonal variation,the highest concentrations were found for 4-nitrocatechol in winter in Beijing(79.1±63.9 ng/m~3) and 4-nitrophenol in winter in Xinglong(9.72±8.94 ng/m~3).The analysis also revealed diurnal variations across different seasons.Most compounds presented higher concentrations at night in winter because of the decreased boundary layer height and increased heating intensity.While some presented higher levels during the day,which attributed to the photo-oxidation process for summer and more biomass burning activities for autumn.Higher concentrations appeared in winter and autumn than in spring and summer,which resulted from more coal combustions and adverse meteorological conditions.The significant correlations among NACs indicated similar sources of pollution.Higher correlations presented within each subgroup than those between the subgroups.Good correlations between levoglucosan and nitrophenols,nitrocatechols,nitro salicylic acids,with correlation coefficients(r) of 0.66,0.69 and 0.69,respectively,indicating an important role of biomass burning among primary sources.     

杂散电流下新型阻锈剂对混凝土中氯离子扩散的影响

目的探寻混凝土在杂散电流和氯离子耦合作用下的腐蚀规律,研究新型阻锈剂的阻锈性能。方法运用电通量法和RCM法,对20 V杂散电流作用下,混凝土的抗氯离子渗透性能进行表征,设置空白组对照实验,对添加阻锈剂后,混凝土的抗氯离子渗透性能进行效果评价。结果在杂散电流和氯离子的共同作用下,混凝土结构腐蚀的倾向将变大,并且会加速腐蚀反应的进行。混凝土结构在通电48 h后,其电通量高达5778.67 C。与空白组相比,添加阻锈剂混凝土试块的氯离子扩散系数下降45.62%。结论添加4%阻锈剂的混凝土试块有着较好的抵抗氯离子渗透的能力。     

鼎湖山大气颗粒物中OC与EC的浓度特征及粒径分布

为了解华南背景区域鼎湖山站碳质气溶胶的浓度水平与来源,采用DRI Model 2001A热/光碳分析仪测定了鼎湖山站大气颗粒物分级样品中的有机碳(OC)与元素碳(EC)浓度水平,并分析了碳质组分的浓度特征和粒径分布.结果表明,在PM_(1.1)、 PM_(2.1)和PM_(9.0)中,鼎湖山OC的平均质量浓度分别为(5.6±2.0)、(7.3±2.4)和(12.8±4.0)μg·m~(-3), EC的平均质量浓度分别为(2.3±1.4)、(2.7±1.6)和(3.4±1.7)μg·m~(-3). PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC分别占PM_(9.0)中OC的43.8%和57.0%, EC占67.6%和79.4%. OC和EC主要富集在细粒子中. PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC和EC在秋季最高,OC在冬季最低,EC在夏季最低. PM_(9.0)中OC夏季最高.鼎湖山中碳质气溶胶以OC2、 EC1、 OC3和OC4为主,夏季OC3EC1,生物排放源增强,冬季EC1质量浓度最高,局地的机动车排放源更强.OC和EC在4个季节都呈现双峰型分布,细粒径段峰值位于0.43～0.65μm,粗粒径段峰值出现在3.3～5.8μm. PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC以一次排放为主,二次有机碳(SOC)在春季最高[(3.0±1.4)μg·m~(-3)],冬季最低[(1.3±1.4)μg·m~(-3)],春季二次转化更强.鼎湖山大气细粒径段OC主要来自燃煤和机动车排放,粗粒径段主要来自生物源排放,EC主要受到燃煤、机动车排放和扬尘的影响.     

季节性冻融对扎龙湿地土壤微生物群落结构和胞外酶活性的影响

选取扎龙湿地芦苇沼泽为研究对象,采用磷脂脂肪酸法和微孔板法研究了季节性冻融期土壤微生物群落结构和胞外酶活性的动态变化规律.结果表明,微生物总磷脂脂肪酸（PLFA）含量和细菌PLFA含量均呈先降低后升高趋势,而真菌PLFA含量呈先升高后降低趋势.冻融初期至融冻初期,β-葡萄糖苷酶显著降低了71.84%,β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶表现为先升高后降低趋势,酸性磷酸酶在融冻初期最高、冻融初期最低,过氧化物酶和多酚氧化酶峰值均出现在融冻后期.主成分分析表明,季节性冻融显著改变了土壤微生物群落结构.冗余分析发现,土壤含水率与总PLFA、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、过氧化物酶和多酚氧化酶呈显著正相关（p<0.05）;土壤全磷、速效磷、速效氮与真菌和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶呈显著正相关;β-葡萄糖苷酶主要受土壤碳氮比和有机质影响,而土壤微生物与胞外酶活性在不同冻融时期具有显著相关性（p<0.05）.因此,探究全球变化背景下土壤微生物和胞外酶对季节性冻融过程的响应机制,可为深入解析扎龙湿地土壤质量演变特征及湿地生态系统功能的恢复与保护提供科学依据.     

富营养化湖区CH4排放特征及其影响因素

为明确富营养湖区CH_4排放特征及其影响因素,对太湖梅梁湾湖区和湖心区进行为期1a的观测,分析影响富营养化湖泊CH_4扩散通量时空格局的环境要素.结果表明,太湖不同湖区均表现为大气CH_4的源,但富营养化梅梁湾湖区的CH_4扩散排放量[年均值:0. 140 mmol·(m~2·d)~(-1))]要明显高于中营养化湖心区的排放量[年均值:0. 024 mmol·(m~2·d)~(-1)],并且在富营养化湖区中,湖岸区的CH_4排放量最高. CH_4通量表现出显著的季节变化:夏季排放量最高,冬季排放量最低,并且季节间的差异可达一个数量级大小.太湖CH_4通量的空间变化与水体DOC浓度显著正相关(R~2=0. 62,P 0. 01),富营养化湖区中较高DOC浓度导致其出现高CH_4排放量.太湖CH_4扩散通量的时间变化受风速和水温等气象因素的驱动,部分水质因子对此有间接影响作用.鉴于湖泊CH_4扩散通量强烈的时空变化以及环境因素巨大的影响,湖泊CH_4排放量准确的估算依赖于较大空间和较长时间的观测.     

夏季太湖草/藻型湖区N2O生成与迁移特征及其影响因素

多生态类型湖泊N_2O生成与排放的空间异质性给准确地估算湖泊N_2O通量及评估湖泊N_2O排放的重要性带来了很大的不确定性,有关多生态类型湖泊N_2O生成与排放特征及内在机制的研究相对较少.本研究对夏季太湖典型草/藻型湖区水-气界面N_2O通量、水体溶存浓度以及水-土界面N_2O通量进行了原位观测及室内分析,并针对影响N_2O生成与排放的主要环境因子进行了室内微环境实验.结果表明,夏季水-气界面N_2O通量、水体溶存N_2O浓度及水-土界面N_2O通量大致上呈现为挺水植物湖区藻型湖区沉水植物湖区,水-气界面通量分别为(115.807±7.583)、(79.768±1.842)和(3.685±0.295)μmol·(m2·h)-1;水体溶存N_2O浓度分别为:(0.051±0)、(0.029±0.001)和(0.018±0)μmol·L~(-1),水-土界面通量分别为:(178.275±3.666)、(160.685±0.642)和(75.665±1.016)μmol·(m2·h)-1;空间差异原因可归结为生长的植物以及水体中无机氮浓度的差异.水-土界面微环境实验结果表明,外加硝酸盐及有机碳源可以显著增加沉积物N_2O生成潜力,而上覆水中高浓度NH+4-N会抑制沉积物N_2O生成,随温度升高,沉积物N_2O生成速率显著增加,这表明夏季水-土界面N_2O的生成与排放主要受硝酸盐及有机碳的限制,同时也受温度的影响.     

夏季长江口及其邻近海域海水及大气中挥发性卤代烃的分布与海-气通量研究

挥发性卤代烃(Volatile halocarbons,VHCs)是大气中重要的痕量温室气体,在全球变暖和大气化学中扮演着重要的角色.运用吹扫-捕集气相色谱法于2016年7月4—16日对长江口及其邻近海域6种常见的挥发性卤代烃(CFC-11、CFC-12、CH2Cl2、CCl_4、C_2Cl_4、CHBr3)的浓度进行了测定.同时,测定了大气中的CCl_4、CFC-11、CFC-12和C_2Cl_4浓度.结果表明,受陆源输入、水团及生物作用因素的影响,海水中6种VHCs的浓度分布总体呈现出近岸高、远海低的趋势.受地理位置和水文等条件影响,不同的VHCs垂直分布有所差别,但浓度的高值区出现在0~20 m水体中.相关性分析表明,CHBr3与Chl-a之间存在显著正相关,说明CHBr3分布受到浮游植物生物量的影响;CCl_4、C_2Cl_4与CFC-11显著正相关,推测三者拥有相似的来源.另外,分析结果显示,CHBr3与pH之间没有相关性.大气中除CFC-11外,CCl_4、CFC-12和C_2Cl_4的平均浓度均高于全球平均值.大气中4种VHCs浓度分布表现出近岸高、外海低的趋势.后向轨迹分析表明,近岸的陆源污染及大气的扩散输送是长江口及其附近海域上方大气VHCs的重要来源.采用双膜模型估算了卤代烃的海-气通量,结果表明,夏季长江口及其邻近海域是大气中CCl_4、C_2Cl_4、CHBr3、CH2Cl2的源.