基于CLM4.5土壤风蚀模型的河北省土壤释尘量模拟

为了定量评价大气污染物中由于土壤风蚀而形成的PM_(10)释放量,基于美国大气研究中心的CLM4.5土壤风蚀模型,运用遥感数据、地面气象监测数据、陆面数据同化系统数据和陆表特征参量产品数据,建立土壤风蚀释尘量的参数体系,模拟2013年河北省的土壤风蚀粉尘中PM_(10)的释尘量。结果表明:2013年河北省PM_(10)的年释尘通量为1.02 t/hm~2,其中,3月份释尘通量最高,为0.28 t/hm~2,占全年释尘量的27.6%,7月份释尘通量最低,仅占全年的0.2%。春季的释尘通量最高,为0.55 t/hm~2,冬季次之,为0.28 t/hm~2,秋季再次之,为0.18 t/hm~2,夏季的释尘通量最低,为0.015 t/hm~2,呈现明显的春高夏低的季节性变化规律。全省土壤风蚀尘中PM_(10)释尘量区域分布差异明显,释尘量最大的区域是沧州滨海平原和坝上高原,其次是冀东滨海平原和冀西北间山盆地。     

FIELD OBSERVATIONS OF WINDBLOWN SAND AND DUST IN THE TAKIMAKAN DESERT,NW CHINA,AND INSIGHTS INTO MODERN DUST SOURCES

Despite the importance of desert dust at global and regional scales, its exact provenance is often unclear. The Taklimakan Desert in northwest China is a common source of high‐frequency regional dust storms and is also a large source of global dust production. On the basis of field observations and the determination of the fraction of aeolian dust in surface samples, we characterized the relative intensity of windblown sand/dust processes in the Taklimakan and the volume of dust emitted (PM₁₀) during these processes. Major dust sources were degraded lands on the eastern desert margin, the Gobi and alluvial, fluvial and aeolian sediments occurring on the desert margin. These areas have high PM₁₀ emission capacity due to high‐surface PM₁₀ concentrations and intensive windblown sand/dust activity. Despite having intensive windblown sand activity, the central desert had lower PM₁₀ dust emission capacity (<1·6 kg day⁻¹ m⁻² in spring, <0·08 kg day⁻¹ m⁻² in other seasons) due to lower surface PM₁₀ fraction. The dry Taitema Lake bed was a source of potentially high dust emissions (at least 4·4–17 kg day⁻¹ m⁻² for the monitoring period) due to the intensity windblown sand/dust activities, despite low PM₁₀ concentrations. The dry river beds on the southeastern desert margin had lower dust emission potential due to low PM₁₀ concentrations and windblown sand/dust activity. Most dust emission sources lie in the paths of prevailing winds, leading to aeolian dust transported to and deposited in the desert hinterland or Hotan, Yutian and Minfeng areas, where wind stream convergence leads to high‐frequency dust storms. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

延怀盆地不同土地利用类型土壤风蚀物特征

研究延怀盆地典型土地利用类型地表土壤风蚀物分布特征,可为了解该区域风蚀过程、改善生态环境提供数据支撑。以怀来县为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,分析了葡萄、果桑、欧李、玉米免耕、玉米翻耕5种土地利用类型在冬季休耕期(上年11月—次年2月)和春季备耕期(3—5月)风蚀物质量、粒径及碳氮含量随高度的变化特征。结果表明:(1)欧李与玉米翻耕地土壤风蚀物质量分数垂向分布遵循幂函数递减规律; 果桑、葡萄与玉米免耕地土壤风蚀物质量分数在监测高度范围内随高度增加无规律性变化。(2)春季备耕期5种土地利用类型输沙通量均高于冬季休耕期。(3)冬季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在500～2 μm; 春季休耕期5种土地利用类型风蚀物的粒径范围集中分布在250～2 μm。(4)5种土地利用类型冬季休耕期风蚀物碳氮含量高于春季备耕期。风蚀物质量、碳氮含量及粒径的垂直分布受土地利用类型和人为活动的影响,其中人为活动对输沙通量影响较大,因此在该区域土壤风蚀防治过程中可以采用构建防风草篱、合理调整土地利用布局的方式,达到降低近地表风速、拦截风沙的作用。     

基于粒度对比法的坝上农田风蚀与粉尘释放量估算

为了计算当前年内的农田风蚀量,该研究利用农田耕作层土壤粒度组成较均一,风蚀使表层可蚀性颗粒减少,不可蚀颗粒含量相对增加这一特点,通过比较一个风蚀季结束后,农田耕作层表层与下层可蚀性颗粒与不可蚀颗粒相对含量的变化,提出了一种估算当前年内土壤风蚀量和粉尘释放量的方法,并给出了风蚀量与粉尘释放量的计算公式。利用此方法对河北坝上地区主要农田类型土壤风蚀量和粉尘释放量进行计算。计算结果表明,2013年研究区农田风蚀量为960～5700 g/(m2·a),平均为2852.14 g/(m2·a),平均风蚀深度为0.21 cm/a,从强度上划分属于重度风蚀。农田平均粉尘释放量为768.16 g/(m2·a),约占农田平均风蚀量的29.00%。粉尘释放量与风蚀量之间有显著的线性相关关系,翻耕耙平地的风蚀量和粉尘释放量显著大于留茬地。该方法的估算结果与前人采用其他方法得到的结果以及实地观测得到的结果基本吻合。     

基于土地利用变化的安徽省陆地碳排放时空特征及效应

土地利用变化是区域碳排放变化的主要驱动力,揭示土地利用变化对碳排放影响对于碳排放政策的制定具有指导意义.然而,经济快速发展区域中土地利用变化对碳排放影响研究仍有限.以安徽省为对象,基于2000-2020年的土地利用变化数据,从碳源/汇角度评估了安徽省净碳排放,分析了碳排放时空特点,从碳足迹、生态承载力和生态赤字3个方面...     

碳中和目标下河北省土地利用碳排放格局演变与多情景模拟

分析和优化土地利用碳排放的格局演变可以为构建低碳排放的国土空间格局、助力碳中和战略目标实现提供参考和借鉴。该研究利用土地利用类型、能源消耗和农业活动碳排放系数法,基于GIS软件和PLUS模型核算了河北省2000—2020年土地利用直接碳排放、间接碳排放和净碳排放量及空间格局演变,模拟了自然发展、碳增汇优先发展和碳减排优先发展3种情景下河北省2030和2060年土地利用格局,并核算了生态系统增汇管理下不同情景土地利用碳排放量,结果表明：1）研究期间河北省土地利用直接碳排放量基本保持稳定,表现为碳吸收;土地利用间接碳排放量和土地利用净碳排放量呈现持续增加趋势,但增加速度明显下降。2）研究期间碳吸收区域和中净碳排放栅格单元空间上呈现收缩趋势,低净碳排放、中高净碳排放和高净碳排放栅格单元空间上呈现扩张趋势。碳吸收区域和低净碳排放栅格单元占比最大,但净碳排放主要产生在中高净碳排放区域和高净碳排放栅格单元。3）碳增汇优先发展情景下,林草地分布范围更广,在环渤海区域水域数量明显增加,土地利用直接碳排放绝对值最大。碳减排优先情景下石家庄、唐山、保定等大城市中心城区向外扩张的范围略有收缩,建设用地集约效果有一定体现,土地利用净碳排放值最小。碳减排是未来实现碳中和战略的根本。     

Soil carbon sequestration in China through agricultural intensification,and restoration of degraded and desertified ecosystems

The industrial emission of carbon (C) in China in 2000 was about 1 Pg yr⁻¹, which may surpass that of the United States (1ċ84 Pg C) by 2020. China's large land area, similar in size to that of the United States, comprises 124 Mha of cropland, 400 Mha of grazing land and 134 Mha of forestland. Terrestrial C pool of China comprises about 35–60 Pg in the forest and 120–186 Pg in soils. Soil degradation is a major issue affecting 145 Mha by different degradative processes, of which 126 Mha are prone to accelerated soil erosion. Total annual loss by erosion is estimated at 5ċ5 Pg of soil and 15ċ9 Tg of soil organic carbon (SOC). Erosion‐induced emission of C into the atmosphere may be 32–64 Tg yr⁻¹. The SOC pool progressively declined from the 1930s to 1980s in soils of northern China and slightly increased in those of southern China because of change in land use. Management practices that lead to depletion of the SOC stock are cultivation of upland soils, negative nutrient balance in cropland, residue removal, and soil degradation by accelerated soil erosion and salinization and the like. Agricultural practices that enhance the SOC stock include conversion of upland to rice paddies, integrated nutrient management based on liberal use of biosolids and compost, crop rotations that return large quantities of biomass, and conservation‐effective systems. Adoption of recommended management practices can increase SOC concentration in puddled soil, red soil, loess soils, and salt‐affected soils. In addition, soil restoration has a potential to sequester SOC. Total potential of soil C sequestration in China is 105–198 Tg C yr⁻¹ of SOC and 7–138 Tg C yr⁻¹ for soil inorganic carbon (SIC). The accumulative potential of soil C sequestration of 11 Pg at an average rate of 224 Tg yr⁻¹ may be realized by 2050. Soil C sequestration potential can offset about 20 per cent of the annual industrial emissions in China. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

FLUS与灰色预测模型支持下的乌鲁木齐地区碳排放时空演变与预测

自从"双碳"目标提出以来,进行土地利用碳排放时空变化特征研究对碳减排政策的制定具有指导意义。以乌鲁木齐地区为对象,基于FLUS与灰色预测模型预测2030年土地利用碳排放量,并与往年相结合模拟研究区2000—2030年碳排放量的时空格局变化。结果表明:(1)研究区2000—2020土地利用变化中林地、未利用地、水域、建设用地为正增长,耕地与草地为负增长,草地与耕地面积主要是向未利用地与建设用地转出,水域与林地面积变化相对比较稳定。(2)2000—2020年碳排放总量呈增加的趋势,建设用地是主要的决定因素,研究区碳排放量呈"由南向北递增"的空间分布特点,米东区最高,达坂城区最低。(3)2030年不同情景碳排放量计算结果中,耕地保护情景碳排放总量最高,为2 773.67万t,生态环境情景碳排放量最低,为2 767.15万t。(4)研究区从2000—2030年大部分地区趋于稳定,变化的区域呈大聚集与零星分布的特点,碳排放呈增加的区域主要分布于研究区中心区与北部的米东区,呈减少的区域主要分布于南部的乌鲁木齐县与达坂城区。碳排放增加的区域在耕地保护情景达到最大,占研究区面积的25.4%,碳排放减少的区域在生态环境达到最大,占研究区面积的13.3%。     

Estimation of Dust Emission Amount for a Dust Storm Event Occurred in April 1998 in China

The threshold friction velocities for dust rises in inland China are examined using WMO synoptic station data and the soil types in the source region to estimate dust emission amounts for a dust event occurred from 13 to 24 April 1998 in China. The dust-rise reports in the WMO synoptic data are used for the delineation of dust source regions that are found to be composed of the Gobi, Sand and Loess regions according to soil types in inland China. The estimated threshold friction velocities with the use of wind speeds observed in the Gobi, Sand and Loess regions are found to be about 60, 50, and 40 cm s^-1, respectively. The estimated dust-rise occurrencegrids by both the grid interpolated observed wind and the MM5 model wind well coincide with the areas of strong wind speeds. However, the dust-rise areas estimated by the model are larger than those estimated by the observed wind, whereas the friction velocities estimated by the model in the dust-rise areas are much smaller than those estimated by the observed wind, which result in less amount of dust emission by the model in all source regions. The 10-day accumulated total dust emission estimated by the observed wind during the dust storm event is found to be 4.64 × 10⁸ ton in the whole source region of 3.29 × 10⁶ km². Of which 85, 9 and 6% are, respectively, contributed by the Gobi, Sand and Loess regions,suggesting the dominant emission from the Gobi region for this event.The model estimated total dust emission is found to be about 56% of that estimated by the observed wind, indicating some improvement of the model being required.     

土壤风蚀采沙器的结构设计与性能试验研究

土壤风蚀是全球性土地退化的主要原因之一，也是世界上许多国家和地区的主要环境问题之一。为了准确认识和掌握风沙运动规律，有效指导防止风蚀措施的选择，该文研制了适用于野外采集风蚀土壤颗粒的采沙器，并在风洞内对其等动力性、高效率性及选择性进行了验证试验。试验结果表明：所研制的采沙器满足等动力特性要求；采集率为85.6％，可作为输沙量统一修订系数；采沙器更适用于采集以跃移形式运动的土壤颗粒。     

陕西省土地利用碳排放影响因素及脱钩效应分析

通过测算陕西省2001—2014年土地利用碳排放量,采用LMDI分解法探讨了土地利用碳排放变化的影响因素,并基于因素分解的结果构建脱钩弹性分解量化模型对经济增长和土地利用碳排放的脱钩效应进行分析。主要结论如下:（1）2001—2014年,陕西省土地利用碳排放量呈逐年递增趋势,13年间上升163%。（2）能源强度是唯一抑制土地利用碳排放增加的负效应因素,正效应因素对陕西省土地利用碳排放增加的贡献值由大到小依次为经济规模效应 > 能源碳排放强度效应 > 人口规模效应 > 土地规模效应;（3）各影响因素对土地利用碳排放与经济增长脱钩的贡献由大到小依次为经济规模效应 > 能源强度效应 > 能源碳排放强度效应 > 人口规模效应 > 土地规模效应,且能源强度效应对经济增长与土地利用碳排放脱钩状态的改善具有积极作用。研究结论有利于清晰了解土地利用碳排放影响因素及其影响经济增长和土地利用碳排放脱钩的内在作用机理,从而得出相应的碳减排政策启示。     

秸秆覆盖对农田土壤风蚀及细颗粒物释放的影响

为了确定保护性耕作措施对北京周边农田土壤风蚀及颗粒物释放的影响,通过风洞模拟试验,对比不同风速和不同覆盖度下农田土壤风蚀速率及TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1的释放差异,并分析了4种细颗粒物在风蚀物中的占比。结果表明:(1)当风速12 m/s时,秸秆覆盖度达到20%能显著降低风蚀速率,当风速16 m/s时,秸秆覆盖度需达到40%才能达到理想的防风蚀效果。(2)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物的释放量与风速呈正指数函数关系,与覆盖度呈负指数函数关系;随风速的增加,4种细颗粒物的释放能力为AB1B2B3B4B5,当覆盖度10%或60%时,细颗粒物的释放量随风速增大差异逐渐减小;覆盖度达60%以上时,细颗粒物的释放量基本达到稳定值。(3)TSP、PM_(10)、PM_(2.5)、PM_1 4种细颗粒物在风蚀物中的占比随风速的增加而降低,当覆盖度60%时占比接近稳定。     

黑龙江省哈尔滨市不同土地利用类型的碳排放效应分析

本研究以黑龙江省哈尔滨市为研究区,以2000—2010年土地利用、能源消耗等数据为主要依据对哈尔滨市各类用地进行碳排放效应分析,并在此基础上构建Logistic模型,预测2011—2020年净碳排放的变化趋势。研究结果表明:（1）从2000—2010年,哈尔滨市的净碳排放呈明显增加趋势,从1023.39万t增长到3264.64万t,增长幅度高达219%。（2）建设用地是主要碳源,占总碳源的99%以上。耕地和林地是主要碳汇,两者之和占总碳汇的99%以上。（3）地均碳排放强度表现为增长趋势,但单位GDP碳排放强度呈下降趋势。（4）在未来10 a,哈尔滨市净碳排放预计将呈现加速增长的趋势,2020年预计将达到5191.83万t。依据相关分析结果,从碳增汇和碳减排角度提出了土地利用的相关措施建议。     

新疆准东露天煤矿开采区降尘量时空特征及影响因素

[目的]针对新疆准东五彩湾露天煤矿开采区浮尘扩散的问题,选定多种气象因子分析其对浮尘扩散和自然沉降的影响,为监测自然降尘污染提供时间和空间依据。[方法]通过统计分析不同的气象因子同自然降尘量的相关性,确定主导影响因子;通过对自然降尘量时间序列和空间序列的分析,研究准东露天煤矿开采期引起的自然降尘污染的时间和空间变化规律。[结果](1)随着时间的推移自然降尘量总体呈三峰趋势;(2)气象因子对于自然降尘量的影响强弱表现为:平均风速平均土壤湿度平均环境温度;(3)该地区开挖期间自然降尘分布受人为扰动和风的叠加影响。[结论]4,6和9月份由于开采强度较大,自然降尘量相对较大;平均环境湿度对自然降尘量影响不大。风为该地区影响自然降尘的主要气象因子。自然降尘主要分布在主导风上下风向距煤矿开采区、堆渣区和工业区约8~10km范围区域。     

贵州岩溶峡谷地表覆盖变化的地形分异特征

岩溶峡谷是典型的喀斯特生态脆弱区,研究其地表覆盖变化对山区生态保护和国土资源空间优化具有重要意义。以贵州境内岩溶峡谷为研究区,选取2000—2020年地表覆盖数据,提取海拔、坡度、坡向三种地形因子,探究其地表覆盖变化及地形分异特征。得出以下结论:（1）2000—2020年研究区各类地表覆盖面积变化差异明显,林地、草地、水域、建设用地面积增加,耕地面积减少;（2）研究时段内随着海拔上升,研究区耕地面积呈现上升－下降－上升－下降的变化趋势;林地面积总体呈现先上升后下降趋势,峰值大致在1800 ~ 2200 m;草地和建设用地面积均存在两个相对高值区,分别出现在1200 ~ 1400 m和2200 ~ 2400 m、1200 ~ 1400 m和1800 ~ 2000 m;水域面积在小于800 m、2000 ~ 2200 m相对较高;（3）随着坡度上升,研究区耕地、林地和草地面积呈现先上升后下降趋势,分别在10° ~ 15°、15° ~ 20°、10° ~ 15°出现最高值;建设用地面积随坡度增加总体呈现下降趋势;（4）在随着坡向变化中,研究区耕地、林地、草地、建设用地面积在无坡向地区分布较少;2020年建设用地面积在西南坡分布相对较多。     

塔里木盆地多种沙源类型沙通量异变特征研究

以塔里木盆地周边地区多种沙尘源地为研究区,通过塔中、肖塘、若羌、策勒四个风沙观测场获取的沙尘暴过程中贴地层风向、风速数据以及风蚀传感器实测的撞击颗粒数等数据计算出各地起沙临界摩擦速度,利用Gillette经典的垂直沙尘通量及Lettau水平沙尘通量公式对若羌、策勒、塔中、肖塘沙尘通量进行了估算,并通过各层实测的梯度风速作为背景值界定出塔里木盆地多种沙源类型沙通量变化比对特征,结果表明:垂直沙尘通量F量级为10-8kg/(m2.s),水平沙尘通量Q量级为10-4 kg/(m.s);风速相同情况下,F若羌最大,策勒次之,塔中、肖塘较小;Q若羌值最大,策勒次之,塔中第三,肖塘最小。垂直沙通量F与风速都表现出较好的线性相关,风速递增,垂直沙通量递增;风速递减,垂直沙通量递减。在风速递增幅度相同条件下,若羌Q值递增幅度最大,策勒次之,塔中、肖塘基本相同。     

区域土地利用结构的碳效应评估及低碳优化

区域土地利用是引起碳排放的重要因素,土地利用结构优化能在一定程度改变土地利用的碳源/汇格局,并引导区域经济社会的低碳发展。基于线性规划方法,该文建立了区域土地利用碳效应综合评估及优化调控的方法,并以南京市为例,提出了3种土地利用低碳优化方案,并对其碳减排潜力进行了对比分析及蒙特卡洛模拟,最后提出了低碳土地利用优化的政策建议。结果发现,2020年南京市土地利用总体规划方案使区域的总碳蓄积量有所提升,但预期碳排放远远大于碳蓄积的增加值,同时也将会导致生态系统碳汇能力的降低;在3种优化方案中,基于碳排放最小化的土地利用结构优化方案比2020年规划方案的碳排放减少了73.75万 t,碳减排潜力为8.50%,表明该方案起到了较好的预期减排效果;因此,该文建议将基于碳排放最小化的土地利用结构优化方案作为南京市未来土地结构调整和产业规划的参考,该方案不仅有助于实现碳减排的目标,而且对于控制建设用地的过快增长、增加生产性土地面积、引导农地整理和居民点用地整理等土地利用规划和开发活动都具有重要的现实意义。     

Surface sample collection and dust source analysis in northwestern China

Analysis of particle size shows that fractions of PM₅₀ (particle <50 μm in diameter) in the alluvial and lacustrine sediments, gobi deserts, shrub dunes, mobile dunes and deteriorated land are 37–99%, 5–7%, 0.26–36%, 0.05–0.4% and 51–62%, respectively. Mobile dunes, which are extensively distributed in northwestern China, are not a significant contributor to geogenic dust emissions due to their very low fractions of PM₅₀. Particle size distributions of different surface types, SEM, X-ray diffractogram and element content analysis all show that lacustrine sediment, shrub dune, gobi desert and deteriorated land are the most potential geogenic dust contributors. These analyses were also applied to the dust samples. Results and monthly dust disposition and dust event distributions show that the dust in the urban region of northwestern China, to a large extent, comes from non-geogenic contributors such as motor vehicle exhaust, coal burning and industrial emission.     

NMVOCs and CO Emission Inventory in East Asia

For analyzing acidification in East Asia, long range transportation models has been developed, which require emissions inventories of the precursors. SO₂ and NOx emissions inventories were reported previously; here emissions of NMVOCs (Non methane volatile organic compounds) and CO in East Asia; China, Republic Korea, Japan and Taiwan area, are estimated. For the years 1994–95, the total emissions of NMVOC and CO in East Asia are estimated at 17.7 and 94.1Tg/y respectively. Small coal boiler and biomass use for residences are dominant sources of NMVOCs in the area, especially in China. More than half of CO emission comes from biomass use in residences in China. Regionally at east costal area in China high density emission is seen in the 1×1 degree grid emission map.     

不同农垦地下垫面对风蚀起沙风速的影响分析

以新疆塔里木盆地垦区为例,研究不同地表粗糙度下垫面对风蚀起沙的临界摩擦速度和起沙风速的影响。根据Shao的方法计算不同下垫面起沙风速,结果表明:塔里木盆地垦区所选的小麦、棉花、红枣这3种地类2m高度临界摩擦速度(u*t)分别为棉花地0.40m/s,红枣地0.43m/s,小麦地1.85m/s;2m高度临界起沙风速(ut)分别为棉花地5.3m/s,红枣地5.7m/s,小麦地7.5m/s,小麦地较其他2种地类更具有抵抗风蚀的作用。