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基于卫星遥感的中国人为CO_(2)与大气污染物排放协同关系

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中国环境科学 2024年第6期44卷 3111-3121页

作者：王震山李新妹肖薇蒋宁萱柳艺博南京信息工程大学中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室江苏南京210044 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 民航西南空管局气象中心四川成都610202 福建省福州市气象局福建福州350008

基于多源卫星遥感数据和大气输送模型研究我国人为CO_(2)与大气污染物(NO_(2)和CO)排放协同关系以及新冠疫情管控期间污碳排放变化特征.结果表明:高人为CO_(2)排放对应高浓度的NO_(2)和CO排放,以省级行政区为单位的2018~2020年非生长季X... 详细信息

基于多源卫星遥感数据和大气输送模型研究我国人为CO_(2)与大气污染物(NO_(2)和CO)排放协同关系以及新冠疫情管控期间污碳排放变化特征.结果表明:高人为CO_(2)排放对应高浓度的NO_(2)和CO排放,以省级行政区为单位的2018~2020年非生长季XCO_(2)异常与XNO_(2)的相关性(r=0.79)高于与XCO的相关性(r=0.61),且高人为CO_(2)排放地区燃烧排放效率更高;2020年2月(疫情管控期)我国XCO_(2)异常、XNO_(2)、XCO下降的区域范围为2019年2月(疫情同比期)面积的50%、70%和49%,2020年2月XCO_(2)异常与XNO_(2)的相关性(r=0.71,P协同排放时空变化特征监测.

关键词：人为CO_(2)排放大气污染协同关系新冠疫情卫星遥感

CMIP6模式未来情景模拟下的大气质量季节循环：非线性变化

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大气科学学报 2024年

作者：乔年卢楚翰管兆勇胡杨南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室

全球持续增暖背景下南北半球大气质量呈现出明显的异常变化。利用2015—2100年CMIP6资料，分析了4个温室气体排放情景下大气质量季节循环特征，并比较不同情景下地表气压和极涡变化特征，结果表明：不同情景中全球及半球面积平均大气质... 详细信息

全球持续增暖背景下南北半球大气质量呈现出明显的异常变化。利用2015—2100年CMIP6资料，分析了4个温室气体排放情景下大气质量季节循环特征，并比较不同情景下地表气压和极涡变化特征，结果表明：不同情景中全球及半球面积平均大气质量的气候平均值季节变化位相相同，且与历史模拟试验下分布一致。随着温室气体排放量的逐步增加，全球大气质量年变程逐渐增大，然而南北半球大气质量和南北涛动年变程并非逐步增大，而是有起有伏。这种非线性现象主要表现为：在SSP1-2.6、SSP3-7.0中南北半球大气质量和南北涛动的年变程较小，而SSP2-4.5、SSP5-8.5中其年变程较大。在地表，对应这种起伏，主要表现为北太平洋、北大西洋地表气压在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的增高和在SSP1-2.6和SSP3-7.0下降低，在南半球主要表现在45°S纬度之外的地表气压变化上。在垂直方向上，主要表现为南北极平流层极涡随温室气体排放持续增加而呈强弱交替的非线性变化。

关键词：大气质量季节循环非线性变化温室气体排放情景 CMIP6

冬季南北半球际大气质量涛动与东亚冬季风异常联系的模式验证

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大气科学学报 2024年第4期47卷 570-580页

作者：钟磊卢楚翰乔年管兆勇曾跃飞南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 无锡学院中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室江苏无锡214063

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资... 详细信息

南北两半球大气中高纬度之间的相互作用与季风等跨半球的天气气候系统存在着密切联系,由于涉及全球范围的大尺度环流与能量变化,其联系途径与机理受到学者们的广泛关注。本文结合ERA5再分析资料以及CMIP6中MPI-ESM1-2-HR模式历史输出资料,验证了冬季南北半球际大气质量涛动(Inter-Hemispheric atmospheric mass Oscillation, IHO)与东亚冬季风异常的联系及其对中国冬季气温的影响。研究表明,再分析资料以及模式结果均表明冬季IHO与东亚冬季风存在显著的正相关关系。IHO通过全球大气质量再分配与东亚冬季风建立起紧密的联系。当IHO为正位相时,大气质量在欧亚大陆北部异常堆积,而在中低纬地区异常亏损,这使得东亚地区海陆气压差明显增大,冬季风增强,同时对中国华中地区冬季地表气温具有显著影响;反之亦然。进一步分析发现,热带低平流层气温可以通过剩余环流调节臭氧含量经向分布进而影响南极对流层气温,从而对IHO年际变化起主要的驱动作用。

关键词：东亚冬季风南北半球际大气质量涛动温度“跷跷板” CMIP6

21世纪以来黄土高原水分利用效率时空变化及归因

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生态学报 2024年第14期44卷 6020-6036页

作者：蒋宁萱张涵奇孙善磊魏丹淇周艳莲肖薇柳艺博南京信息工程大学江苏省农业气象重点实验室/中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京210044 南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心南京210044 南京大学地理与海洋科学学院南京210023

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰。研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001—2020年黄土高原总初级生产力(... 详细信息

生态系统水分利用效率(WUE)是表征碳水耦合过程的关键指标,然而,有关气候变化和退耕还林还草工程背景下黄土高原WUE的时空变化特征及其主导因子仍未明晰。研究利用遥感驱动的生态系统过程模型BEPS模拟2001—2020年黄土高原总初级生产力(GPP)和蒸散(ET),并结合基于敏感性试验的多控制因子联立求解方法定量分析气候和植被因子对黄土高原WUE变化(WUE=GPP/ET)的贡献。结果表明:(1)2001—2020年黄土高原GPP和ET分别以12.9 gC m^(-2) a^(-1)和3.7 mm/a速率显著升高,并使得WUE增长显著(0.021 gC mm^(-1) m^(-2) a^(-1))。(2)2001—2020年间黄土高原80.12%的区域叶面积指数(LAI)显著升高(全区增速为0.014 m^(2) m^(-2) a^(-1))而气候因子变化均不显著。(3)植被因子和气候因子对WUE变化分别呈正贡献和负贡献,植被因子作为主要影响因子主导了黄土高原86.74%地区的WUE变化。研究结果有望为干旱区生态水文管理和相关政策制定提供一定科学参考。

关键词：水分利用效率 BEPS模型气候变化植被恢复黄土高原

基于Meta分析的增温对土壤微生物残体积累影响

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土壤学报 2024年第5期61卷 1444-1454页

作者：卢孟雅丁雪丽中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京信息工程大学应用气象学院南京210044

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35... 详细信息

增温对微生物残体积累的影响对土壤碳库收支平衡具有重要意义。目前关于增温背景下微生物残体的响应规律和主要影响因素尚未明确。为此,以土壤氨基糖为微生物残体标识物,筛选国内外已发表的12篇文献,收集总氨基糖数据29组,氨基葡萄糖35组,胞壁酸39组,氨基半乳糖25组,利用Meta分析方法,探讨了增温对土壤微生物残体积累的影响及主控因素。结果表明:整体上,增温背景下微生物残体积累有所增加,但响应规律具有生态系统特异性,其中,农田生态系统中微生物残体对增温的响应更为敏感。增温对不同来源氨基糖的影响程度不同,表现为增温显著增加了土壤中氨基半乳糖和胞壁酸的含量,增幅分别为10.3%和5.0%。相应地,增温显著降低了氨基葡萄糖与胞壁酸的比值,说明增温有利于细菌残体的积累。增温背景下,细菌残体占土壤有机碳(SOC)比例显著增加,微生物残体和真菌残体对SOC的贡献比例无显著改变,暗示增温后真菌残体对有机碳库的贡献有所削弱。Meta分析发现,增温幅度是影响微生物残体积累的主要因子,增温幅度小于或等于2℃时,微生物残体的积累数量会增加,增加比例为2.7%~14.6%,而增温幅度大于2℃则会降低微生物残体在土壤中的积累,降低比例为8.0%~14.3%。此外,增温的时间尺度不同(短期、中期、长期)也会对微生物残体产生不同的影响效应。综上,增温会显著影响微生物残体在土壤中的积累动态及其对有机碳库的贡献比例,影响强度和方向又与生态系统类型和土壤深度有关,而增温幅度、增温时间和年均降水量是影响微生物残体积累的重要因素。

关键词：气候变暖土壤碳库微生物残体影响因素 Meta分析

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不同施肥措施臭氧浓度升高对不同水稻品种光合特性的影响

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生态学报 2024年第13期44卷 5583-5595页

作者：张涵田彤彤尚博冯兆忠南京信息工程大学生态与应用气象学院南京210044 中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室南京210044

近地层臭氧(O_(3))已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长。以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O_(3)浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O_(3))... 详细信息

近地层臭氧(O_(3))已严重威胁到作物生产,而施肥可以调节土壤的养分平衡,进而促进作物生长。以两个水稻品种(徽两优898和南粳9108)为研究对象,利用开顶式气室,设置2个O_(3)浓度处理(NF:环境大气为对照;NF40:环境大气+40 nmol/mol O_(3)),每个O_(3)处理下嵌套设置3个肥料处理(Ino:施无机肥处理,270 kg N hm^(-2) a^(-1);Red:减施无机肥30%处理,189 kg N hm^(-2) a^(-1);Com:有机无机肥配施处理,Red+有机肥鸡粪5000 kg hm^(-2) a^(-1)),通过测定不同生育期水稻光合参数,探究不同肥料处理下O_(3)对水稻不同生育阶段光合生理的影响。结果表明,NF40对水稻营养生长阶段的饱和光合速率(A_(sat))没有显著影响,而显著地降低了水稻灌浆期的A_(sat)。基于两个水稻品种的A_(sat)和相对叶绿素含量(SPAD)相对减少量与O_(3)累积剂量关系的斜率,发现杂交稻徽两优898(A_(sat)和SPAD的斜率:-1.55和-0.98)比常规稻南粳9108(A_(sat)和SPAD的斜率:-0.92和0.06)对O_(3)更敏感。此外,基于不同O_(3)处理下水稻的气孔导度(g_(s))和胞间二氧化碳浓度(C_(i)),可以看出O_(3)造成南粳9108光合速率降低的主要是非气孔因素,而徽两优898光合的降低是由气孔因素和非气孔因素共同限制。与Ino处理相比,Red处理主要通过降低叶片SPAD进而显著地抑制两种水稻品种的A_(sat),但Ino处理和Com处理间A_(sat)没有显著差异,说明有机无机肥配施能部分缓解减施无机肥造成水稻光合的降低。O_(3)和肥料处理对两个水稻的所有光合参数都没有显著的交互影响,表明短期有机无机肥配施并不能有效缓解O_(3)对作物造成的负面影响。在O_(3)污染背景下,研究结果可以为通过合理的农田氮肥管理措施减缓O_(3)造成的作物减产提供理论依据。

关键词：臭氧有机无机肥配施水稻光合生理剂量关系

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基于GMI资料的近地面降雨率反演

地球物理学进展 2024年

作者：王新清吴莹方鑫邹依珂南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室河北省邯郸市气象局

降水是全球水循环中的重要过程，降水的时空分布对淡水资源供给、生态系统维持有重要且直接的影响，与台风、洪水和泥石流等自然灾害也存在密切联系。由于不同的微波辐射计在高度、入射角以及微波通道等方面都有差异，需要建立适用于特... 详细信息

降水是全球水循环中的重要过程，降水的时空分布对淡水资源供给、生态系统维持有重要且直接的影响，与台风、洪水和泥石流等自然灾害也存在密切联系。由于不同的微波辐射计在高度、入射角以及微波通道等方面都有差异，需要建立适用于特定仪器的微波陆面近表面降水率反演模型。利用搭载在全球降水观测计划（Global Precipitation Measurement，GPM）卫星上的微波成像仪（GPM Microwave Imager，GMI）一级亮温观测资料和GPM二级联合反演降水数据（2B Combined，2B CMB），构建以大气散射指数（Scatter Index，SI）和89.0 GHz的极化订正温度（Polarization-Corrected Temperature，PCT）为反演因子的综合指数法（PCT-SI），分别建立升轨和降轨的近地面降雨率反演模型，并进行验证。结果表明，89.0 GHz垂直极化通道的亮温值越低，大气散射指数（SI）越大，近地面降雨率越大；反演模型得到的近地面降雨分布区域和二级产品降水区域基本一致，略微偏大；反演的近地面降雨率与2B CMB产品相比偏小，二者相关系数大于0.6，升轨和降轨模型反演的平均绝对误差分别为1.4648mm/h和1.0807 mm/h，均方根误差分别为2.4105mm/h和2.1828 mm/h。本研究比较成功地反演了陆面降雨分布区域及近地面降雨率，可为星载微波成像仪资料估计陆面降雨分布和近地面降雨率提供参考。

关键词： GMI PCT-SI 近地面降雨率反演

太湖常见3种沉水植物附着生物的生物量及潜在反硝化速率

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湖泊科学 2024年第1期36卷 77-87页

作者：任天一徐向华宋玉芝郭婧南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国气象局生态系统碳源汇开放重点实验室南京210044 南京信息工程大学固碳减排与全球变化研究中心南京210044

反硝化作用是将氮素从湖泊中彻底去除的重要途径之一,对于减轻湖泊富营养化具有重要意义。为了探究太湖沉水植物附着生物的生物量、潜在反硝化速率变化规律及其与环境因素的关系,在沉水植物生长盛期(7月),以太湖沉水植物主要分布区域东... 详细信息

反硝化作用是将氮素从湖泊中彻底去除的重要途径之一,对于减轻湖泊富营养化具有重要意义。为了探究太湖沉水植物附着生物的生物量、潜在反硝化速率变化规律及其与环境因素的关系,在沉水植物生长盛期(7月),以太湖沉水植物主要分布区域东部湖湾作为采样区域,研究了太湖常见的3种沉水植物上附着生物的生物量,并利用乙炔抑制法测定沉水植物上附着生物的潜在反硝化速率,分析了太湖沉水植物附着生物的生物量及其潜在反硝化速率的主要影响因素。结果表明,太湖常见的3种沉水植物单位体表面积附着生物的生物量(AFDM)在0.037~0.789 mg/m^(2)之间,均值为(0.389±0.261)mg/m^(2),沉水植物上附着生物的生物量存在空间差异,最大值出现在贡湖湾G1采样点((0.794±0.007)mg/m^(2)),最小值出现在胥口湾X1采样点((0.041±0.005)mg/m^(2))。太湖沉水植物单位体表面积附着生物的潜在反硝化速率在3.09~58.80μmol/(m^(2)·h)之间,均值为(24.75±5.96)μmol/(m^(2)·h)。太湖沉水植物附着生物的潜在反硝化速率存在空间差异,其中最大值出现在贡湖湾G1采样点((58.80±20.20)μmol/(m^(2)·h)),最小值出现在胥口湾X1采样点((3.09±1.79)μmol/(m^(2)·h))。相同条件下,沉水植物附着生物的生物量及潜在反硝化速率因植物种类的不同而存在差异,狐尾藻(Myriophyllum spicatum)上的附着生物的生物量及潜在反硝化速率显著高于苦草(Vallisneria natans)。相关性分析结果表明,沉水植物上附着生物的生物量与水体氮磷浓度相关。沉水植物附着生物的潜在反硝化速率与附着藻类的生物量、水体溶解有机碳及pH存在显著相关关系,这3种因子可以解释81.2%的沉水植物附着生物潜在反硝化速率变化,本研究结果可为进一步研究浅水湖泊脱氮过程及富营养化治理提供一定的理论依据。

关键词：附着生物潜在反硝化速率太湖沉水植物

水稻生长季CO_(2)通量的时间动态和影响因子研究

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环境科学与技术 2024年第3期47卷 27-36页

作者：张丽君胡凝刘珊珊徐敏王伟邰久葛培南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室气象灾害预报预警与评估协同创新中心中国气象局生态系统碳源汇重点开放实验室江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044 江苏省气候中心江苏南京210019 衡水市气象局河北衡水053000

为了明确长三角地区稻麦轮作生态系统中水稻生长季CO_(2)通量的多时间尺度变化特征,量化环境因子对农田CO_(2)通量变化的贡献度,拆分环境因子的直接影响和间接影响,该研究利用涡度相关观测系统进行了2年CO_(2)通量的连续观测,分析了辐... 详细信息

为了明确长三角地区稻麦轮作生态系统中水稻生长季CO_(2)通量的多时间尺度变化特征,量化环境因子对农田CO_(2)通量变化的贡献度,拆分环境因子的直接影响和间接影响,该研究利用涡度相关观测系统进行了2年CO_(2)通量的连续观测,分析了辐射类、温度类、水汽类和风速对CO_(2)通量的影响。结果表明:稻麦轮作生态系统在水稻生长季是一个二氧化碳汇,2020、2021年水稻生长季的总固碳量分别为396.3、491.9 g/m^(2)(以C计);CO_(2)通量也有明显的日变化,呈现出“U形”和“V型”的单峰曲线,吸收峰值出现在第200~250天。在不同时间尺度上,影响CO_(2)通量的主控因子始终是光合有效辐射;但随时间尺度的增加,各个因子贡献度的差异逐渐减小。饱和水汽压差也是影响CO_(2)通量的重要因子,它与光合有效辐射的交互作用会抑制彼此对CO_(2)通量的直接贡献。

关键词：稻麦轮作生态系统 CO_(2)通量贡献度交互作用涡度相关