中国西部绿化对东亚季风气候影响的数值模拟

中国西部大开发战略中的生态环境建设将在西部地区引起显著的地表覆盖变化。根据最新的全球地表特征数据库资料和21世纪初中国西部生态环境三大重点建设工程的具体规划,得出两种植被,即现实植被和虚拟植被。并利用RIEMS—TEA模式,通过一次敏感性试验,发现西部地区绿化明显影响东亚的季风系统和中国东部季风区气候。模拟试验显示,中国西部绿化会明显增强东亚夏季风,这将会加强中国东部由南向北的水汽输送,并有利于输送邻近海洋的水汽到大陆,使得中国大陆东部季风区整体出现降温、增湿和降水增加。而且,温度、湿度、气压和风速受影响的程度在垂直方向上都已超出了边界层之外。     

大气CO2浓度增加对冬小麦品质性状的影响

依据自行设计的模拟气候变化试验装置系统(CGC),研究大田条件下CO2浓度增加对不同冬小麦品种(中育5号和中优9701)品质性状诸如面粉蛋白质含量、沉降值、面团特性以及淀粉糊化特性的影响.结果表明:面粉蛋白质含量随CO2浓度增加(幅度为57mg·kg-1)明显下降,CO2浓度从451mg·kg-1增加到565mg·kg-1时,中育5号和中优9701品种的面粉蛋白质含量分别下降了4.5%和3.1%;在451～565mg·kg-1范围内,CO2浓度增加使沉降值降低,但影响较小,而对面团流变学特性诸如面团形成时间和延伸性有负面影响,其中对中优9701粉质参数影响微小;CO2浓度增加对烘烤品质影响不利,尤其面包体积下降明显.此外,CO2浓度增加对淀粉糊化特性的影响具有双重性,一方面CO2水平有限度的升高可在一定程度上改善面条的食用品质;另一方面CO2水平进一步提高又对食用品质产生负面影响.     

CO2浓度变化对欧洲区域气候影响的数值研究

给出了大气中二氧化碳浓度加倍引起的德国南部及邻近阿尔卑斯山区5年1月和 7月气温和降水率变化的模拟结果.模式采用在大气环流模式(ECHAM3)中嵌套的中尺度气候和化学模式(MCCM).模拟结果显示:区域平均气温(地面上2 m处温度)的5年平均1月增加0.8℃,7月增加4.7℃;区域降水率的5年逐月平均则显示1月无变化,7月减少40 %.讨论了气温、降水率以及降水频率等变化的空间分布,也给出了控制试验(1×CO2) 和敏感试验(2×CO2)中气温和降水率的年际变化模拟结果.     

我国北方地区植被类型变化气候效应的虚拟数值试验

利用区域气候模式 (RegCM 2 )对东北西部、华北北部和西北东部、华北西部两个生态环境脆弱地区植被类型分别由草地变为农田和森林后对区域气候的影响程度进行虚拟数值试验 ,结果表明 ,我国北方地区植被类型由草地变为耕地或森林将使得这些地区夏季降水减少 ,温度升高 ,5 0 0hPa位势高度升高 ,副热带高压控制地区的位势高度降低 ,从而使副高减弱 ,不利于我国北方的降水增加 .从虚拟数值试验的对比中可发现 ,华北北部、东北西部地区植被类型改变比西北东部、华北西部地区植被类型改变所引起的降水减少、温度升高和副高减弱效果显著 .此外 ,对于同一个地区的植被类型改变而言 ,由草地变为森林比由草地变为耕地所引起的降水减少、温度升高和 5 0 0hPa位势高度变化效应大 .因此 ,根据数值试验结果可知 ,退耕还草可能是我国北方干旱半干旱地区改善环境的有效方式 ,华北北部和东北西部为开展有序人类活动的最佳地区     

亚热带岩溶山区植被演替和夏季土壤CO2浓度动态关系

对南川市金佛山西坡相近的环境条件下不同植被类型土壤CO2 浓度及其主要环境因子进行连续观测的基础上 ,采用空间换时间的方法对植被演替对夏季土壤CO2 浓度的动态影响作了详细的研究 ,认为 :土壤CO2 随气温的变化有明显的日变化 ,降水对其浓度也有较大的影响 ,其变化过程及CO2 浓度剖面动态与植被类型有关 ;不同植被条件下土壤CO2 浓度月动态受环境因素影响显示出的差异不大 ,但浓度值水平有很大差别 ;植被演替是岩溶和土壤吸收CO2 作用的重要促进因素 .     

荒漠化扩展对我国区域气候变化影响的数值模拟

使用区域气候模式RegCM3研究了西北沙漠面积变化对我国区域气候变化的影响．共设计了3组试验：控制试验A、沙漠面积扩展试验B、在试验B基础上增大粗糙高度的试验C．分析表明：中国西北沙漠区扩展后对中国夏季降雨量和中国夏季风有明显影响．结果表明：植被退化、荒漠化加剧会导致季风减弱,降水量减少,增大地面粗糙高度后的影响更为显著．     

海温季节和年际变化对东亚区域气候变率模拟的影响

利用P-σ区域气候模式通过数值试验分析和探讨了海温季节变化和年际变化对东亚地区气候变率模拟的影响．数值分析试验结果发现，实际海温强迫下模拟的500hPa高度场年际变率较有或没有海温季节变化强迫模拟的结果在冬夏两季基本上是增强的，海温的年际变化对模拟500hPa高度场年际变率是尤为重要的．海温的季节变化强迫使得模拟的500hPa高度场在冬季增强，夏季减弱，且在高纬度地区变化幅度较大．海温的年际和季节变化使得东亚地区的500hPa温度在冬季升高，而夏季在低纬度地区的温度降低，其中在华南沿海、南海北部和盂加拉湾地区降低最甚，高纬地区变化不明显．此外，海温的季节和年际变化强迫对华南地区降水率差值的影响远比对长江中下游地区明显．     

CO_2浓度变化对欧洲区域气候影响的数值研究

给出了大气中二氧化碳浓度加倍引起的德国南部及邻近阿尔卑斯山区5年1月和 7月气温和降水率变化的模拟结果.模式采用在大气环流模式(ECHAM3)中嵌套的中尺度气候 和化学模式(MCCM).模拟结果显示:区域平均气温(地面上２ ｍ处温度)的5年平均1月增 加0.8℃,7月增加4.7℃;区域降水率的5年逐月平均则显示1月无变化,7月减少40 ％.讨论了气温、降水率以及降水频率等变化的空间分布,也给出了控制试验(1×CO2) 和敏感试验(2×CO2)中气温和降水率的年际变化模拟结果.     

大气中CO2浓度对北京气温影响的回归分析

应用回归分析，论证了世界人口激增是导致大气中CO2浓度增加的根本原因．CO2浓度的增加对北京最玲月一月份平均最低气温增温效应显著，对年平均气温增温效应次之，对最热月七月份平均最高气温增温效应不明显．     

CO2浓度和太阳活动对北半球夏季平流层中部气温异常变化的影响

通过逐次滤波法和对比分析可知,北半球夏季7月高空10hPa持续增暖过程是以CO2为主的温室气体增加、火山活动和太阳活动共同引起的,具体表现为：（1）CO2浓度增加趋势与北半球7月平流层10hPa升温趋势基本一致．但是北半球7月10hPa升温过程不像CO2浓度一样线性增加,其中还伴随几次降温波动,最显著的一次是20世纪60年代末至70年代末,90年代中期以前的降温过程也比较清楚．分析认为,这是火山活动和太阳活动引起的．（2）太阳磁场磁性指数曲线与滤除CO2影响的北半球10hPa大气温度距平曲线变化趋势也基本一致,波峰波谷基本对应并且超前一些,就是说太阳北半球黑子群N极前导时期,即太阳磁场南向时期与北半球平流层增温时期对应．太阳北半球黑子群S极前导时期,即太阳磁场北向时期与北半球平流层降温时期对应,显示出太阳磁场方向变化对北半球平流层气温变化的重要影响．（3）谱分析结果表明,滤除趋势变化和准22年周期的7月北半球平流层中层10hPa大气温度具有显著的准11年周期,其方差贡献率1．5％．（4）分析表明CO2浓度变化与太阳磁场强度和磁场方向变化对于平流层中层10hPa温度变化的影响方差贡献率达到58％,是10hPa温度变化的决定性因素．其中CO2影响方差贡献率37％,太阳磁场强度和磁场方向变化方差贡献率21％．     

大气CO2浓度升高对红豆树苗木光合生理和形态的影响

【目的】揭示珍稀濒危树种红豆树(Ormosia hosiei)在未来气候变化情景下对大气CO₂浓度升高的响应策略,预测未来其生存状况并采取有效应对措施。【方法】将2年生红豆树苗种植在开顶式气室(OTC)中模拟大气CO₂浓度升高的影响,设置400(CK)、600(E1)和800 μmol/mol(E2)3个CO₂浓度,处理146 d后分析升高CO₂浓度对红豆树苗光合生理、叶片表观特征和解剖特性的影响。【结果】①大气CO₂浓度升高使红豆树苗光合生理参数保持较高水平,其叶绿素和类胡萝卜素分别在E2处理下较CK增加了8.65%、23.47%,核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖加氧/羧化酶(RuBisCO)和核酮糖-1,5-二磷酸核酮糖加氧/羧化酶活化酶(RCA)活性分别在E2处理下较CK提高了25.11%、85.36%,净光合速率在E2处理下较CK增加235.40%。叶绿素荧光参数中最大光化学效率F_v/F_m在E2和E1处理下分别较CK显著降低了29.46%、9.12%,而实际光化学效率Y(Ⅱ)在各处理间差异不显著;叶绿素荧光参数中反映光合活性的光化学淬灭系数qP和qL在E2处理下分别较CK显著增加了44.30%、134.84%,而反映热耗散能力的非光化学淬灭系数qN和NPQ对CO₂浓度升高的响应不敏感。②在叶片形态和表观特征方面,高CO₂浓度环境中的红豆树苗叶面积增大但叶片厚度变薄,比叶重在E2和E1处理下分别较CK减少31.68%、24.26%,且在CO₂浓度升高条件下红豆树叶片栅栏组织厚度显著增加,但海绵组织厚度减小。红豆树苗在高浓度CO₂环境中光合生理和叶片形态的良好表现,促使红豆树苗高和地径净生长量分别在E2处理下较CK增长了6.90%、13.35%。【结论】大气CO₂浓度升高增加了红豆树光合作用底物,提高了其光合系统对光能捕捉和利用的能力,光合活性增加而光保护能力不受影响,苗木叶片形态随CO₂浓度升高产生适应性变化。故认为红豆树苗在大气CO₂浓度升高条件下通过光合生理和形态改变的协同作用促进其生长。     

CO2浓度和太阳活动对北半球夏季平流层中部气温异常变化的影响

通过逐次滤波法和对比分析可知,北半球夏季7月高空10 hPa持续增暖过程是以CO2为主的温室气体增加、火山活动和太阳活动共同引起的,具体表现为:(1)CO2浓度增加趋势与北半球7月平流层10hPa升温趋势基本一致.但是北半球7月10 hPa升温过程不像CO2浓度一样线性增加,其中还伴随几次降温波动,最显著的一次是20世纪60年代末至70年代末,90年代中期以前的降温过程也比较清楚.分析认为,这是火山活动和太阳活动引起的. (2)太阳磁场磁性指数曲线与滤除CO2影响的北半球10 hPa大气温度距平曲线变化趋势也基本一致,波峰波谷基本对应并且超前一些,就是说太阳北半球黑子群N极前导时期,即太阳磁场南向时期与北半球平流层增温时期对应.太阳北半球黑子群S极前导时期,即太阳磁场北向时期与北半球平流层降温时期对应,显示出太阳磁场方向变化对北半球平流层气温变化的重要影响. (3)谱分析结果表明,滤除趋势变化和准22年周期的7月北半球平流层中层10 hPa大气温度具有显著的准11年周期,其方差贡献率1.5%. (4)分析表明CO2浓度变化与太阳磁场强度和磁场方向变化对于平流层中层10 hPa温度变化的影响方差贡献率达到58%,是10 hPa温度变化的决定性因素.其中CO2影响方差贡献率37%,太阳磁场强度和磁场方向变化方差贡献率21%.     

CO2浓度倍增对元宝枫和刺槐光合特性的影响

在CO2浓度倍增条件下,研究了元宝枫和刺槐叶片光合特性的变化。结果表明:对元宝枫和刺槐培养60 d和90 d,其平均光合速率分别为对照的117.81%和106.11%。8月和9月两树种在CO2倍增条件下叶绿素初始荧光(Fo)较对照升高,最大荧光(Fm)和可变荧光(Fv)较对照降低,但10月和11月这些指标呈相反的变化趋势,光系统II(PSII)的最大光化学效率(Fv/Fm)和潜在光化学活性(Fv/Fo)的相应值分别增大0.008、0.012倍和0.230、0.201倍,具有较高的PSII原初光能转化效率。CO2浓度倍增条件下,元宝枫和刺槐的蒸腾速率分别较对照降低了26.82%和42.30%,蒸腾速率的日变化为单峰型,而对照条件下呈现双峰型。     

自然通风条件下室内CO2扩散浓度变化的数值模拟

探究室内危险性气体泄漏后的扩散特性及危害区域的影响,采用CFD软件FLUENT对室内自然通风条件下CO2连续泄漏扩散浓度的变化过程进行了数值模拟,研究CO2扩散过程的浓度场分布和危害区域变化规律,并比较CO2连续泄漏的风洞实验结果与数值模拟结果。结果表明:CO2在重力的作用下,泄漏后向空间的下方扩散,形成气体积聚,浓度逐渐延长,梯度变化较大,出现分层现象,并形成危害区域。随着时间的延长,室内各点的浓度增加,危害区域逐渐变大,并向上方移动;实验数据和模拟结果吻合较好,证明FLUENT可以较准确地模拟室内CO2的扩散过程。     

林木根源有机C对大气CO2浓度升高的响应

林木根源有机C包括根系通过根枯落物、根系(根共生菌丝)分泌物和根共生菌周转3条途径向土壤输入的有机C.它是森林生态系统中一个重要的、潜在的C汇.综述了根源有机C与其微生物对CO2浓度升高的响应.虽然对根系寿命的变化尚不清楚,但CO2浓度升高将导致根系生物量、生产量、死亡量和分泌物的增加;同时,CO2升高亦促使根共生菌生物量的增加而增加了共生菌的C归还潜力,表明CO2升高使根源有机C的输入增加了.CO2浓度升高情况下,根系化学性质(根N浓度降低)和形态特征(根直径增加)的这些变化均有利于增加土壤C的吸存;而根分布深度的降低则对土壤C吸存不利;CO2浓度升高对根分泌物和根共生菌质量的影响研究则极少.CO2浓度升高下土壤微生物活性和群落组成的变化存在较大的不确定性.目前CO2浓度升高下林木根源有机C对森林长期C吸存的贡献仍很不清楚.     

大气CO2浓度升高对棉花生理特性和生长的影响

根据在人工气候室取得的试验资料,分析了大气ＣＯ２ 浓度倍增对棉花叶气孔阻力和导度、叶温、叶光合和蒸腾速率、生长状况与干物质积累等的影响．结果表明,大气ＣＯ２ 浓度倍增,棉花叶气孔阻力增加,导度降低,叶温增加,光合速率增大,蒸腾速率降低,水分利用效率明显提高,棉花生长加快．这些性质的变化在不同土壤水分条件下（高低两种水分处理）产生明显的差异,表现为大气ＣＯ２ 浓度增加对光合速率和生长的正效应及其对蒸腾的抑制作用削弱了水分胁迫对棉花光合和生长产生的不利影响,在低水分条件下棉花水分利用效率增加的比例大于高水分条件下的     

模拟大气CO2浓度升高与氮添加对宁夏枸杞生长及光合特性的影响

【目的】探究大气CO₂浓度升高与氮添加对宁夏枸杞生长发育特性、光合特性及产量的影响,为更好发掘宁夏枸杞的生产潜力及适应性栽培提供理论参考。【方法】以1年生‘宁杞1号’扦插苗为试验材料,采用开顶气室控制系统设置自然环境CO₂浓度[T1,(380±20)μmol/mol)]和升高CO₂浓度[T2,(760±20)μmol/mol],设置3个氮添加水平(以每kg土壤施加高氮水溶肥量计)N0(0 g/kg)、N1(0.8 g/kg)和N2(1.6 g/kg),共计6个处理。分别于处理45、60、75、90 d测定‘宁杞1号’株型、光合指标、日均净光合速率及单株产量。【结果】随着CO₂与氮素复合处理时间的延长,‘宁杞1号’苗地径、新梢长度和粗度、叶片气孔导度呈增加趋势,气孔限制值呈降低趋势,叶绿素含量呈先升后降再升模式。T2N1处理各时期新梢长度、粗度及叶片胞间CO₂浓度较高。T2处理60、75、90 d‘宁杞1号’的净光合速率均显著高于T1处理,其中T2N1处理下‘宁杞1号’净光合速率同比增长87.72%、68.33%、67.56%(P<0.01);CO₂浓度升高条件下,N1处理45、60、75、90 d时‘宁杞1号’的蒸腾速率均显著上升(P<0.05),但N2处理45、60 d时‘宁杞1号’的蒸腾速率均显著降低(P<0.05),分别为2.84、2.41 mmol/(m²·s)(P<0.05),N0处理75、90 d时‘宁杞1号’气孔导度显著升高(P<0.05),N1处理75、90 d时‘宁杞1号’的水分利用率显著增加(P<0.05),分别为10.68、9.34 g/kg,但气孔限制值处于较低水平。CO₂浓度升高条件下氮素添加降低了气孔限制值与新梢长度、粗度、叶绿素含量及枸杞单株产量的相关性,提高了蒸腾速率、净光合速率、水分利用效率与新梢长度、粗度等株型指标及枸杞单株产量的相关性;根据日均净光合速率模型,CO₂浓度升高条件下,‘宁杞1号’理论最佳施氮量为0.875 g/kg(土壤),此时‘宁杞1号’单株产量略高于T1N1处理。【结论】CO₂浓度升高条件下,N1处理增加了‘宁杞1号’的地径、新梢粗度,提高了‘宁杞1号’叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和水分利用率,降低了其气孔限制值,且N1处理可以保持‘宁杞1号’较高的产量,降低CO₂浓度升高带来的负面影响,更适合CO₂浓度升高条件下枸杞的种植。     

大气CO2浓度升高条件下土壤镉污染对土壤酶及微生物群落多样性的影响

本文利用开放式空气二氧化碳(CO2)浓度增加FACE(free air concentration enrichment)平台,研究不同大气CO2浓度条件下,Cd污染胁迫对稻麦轮作土壤中土壤酶及土壤微生物群落多样性的影响.结果表明,在清洁土壤中,大气CO2浓度升高显著诱导蛋白酶、脲酶、尿酸酶的活性以及土壤微生物群落的多...     

不可采煤层CO2封存的数值模拟

将CO2注入不可采煤层进行封存(CO2-ECBM)能在封存CO2的同时回收甲烷,因而是一项具有良好前景的CO2处置技术。CO2或者CO2/N2混合气注入煤层后在煤层中运移涉及到多组分气体在煤中的吸附、多组分气体以及气、水两相在煤层中的扩散渗流等过程。基于上述过程,建立了考虑煤基质吸附气体后的膨胀效应、能够描述多组分气体在煤层中吸附/解吸扩散渗流过程的数学模型,并采用数值解法对模型进行了求解,与已有的模拟结果比较表明建立的模型是可靠的;利用该模型研究了煤层渗透率、不同气体差异性吸附膨胀系数、煤对CO2/CH4的吸附比、以及注入气体组成对于CO2封存以及煤层气生产的影响,研究结果可以为CO2-ECBM项目的场地条件选择以及工艺参数的优化提供依据。