大气棕色云团的辐射效应及地表臭氧增加对冬小麦复合影响的数值模拟研究

观测分析并确定长三角地区大气棕色云团（大气污染尘霾）引起的地表辐射和臭氧变化，通过大田试验和实验室分析，设置不同的辐射强度和臭氧浓度梯度，开展大气棕色云团引起的地表太阳辐射变化和地表臭氧浓度升高对冬小麦的复合影响研究，建立地面太阳辐射和地表臭氧胁迫对冬小麦光合作用、蒸腾作用、干物质分配、叶面积动态、灌浆过程与土壤水分养分动态等过程影响的机理模型，从而改进现有的国内外较为成熟的作物模式。同时，将改进的作物模式与区域气候模式进行耦合，综合开展大气棕色云团的辐射效应以及环境效应对作物影响的量化研究，评估得到近几十年来大气棕色云团对冬小麦产量的长期影响，为预测未来环境和气候条件下大气棕色云团对作物的影响提供理论参考。经过研究，本项目将发表核心期刊以上论文10篇以上，包括SCI和EI收录文章2-4篇，培养2名硕士生和2名博士生。

本项目通过站点观测、大田试验和数值模式等手段，在观测分析长三角地区大气棕色云团（气溶胶）引起的辐射和臭氧变化的基础上，开展了不同太阳辐射减弱与臭氧水平对冬小麦影响的大田试验，研究其对冬小麦生长、光合、生理特征及产量的影响及其机理，并开展了评估方法研究。项目完成了预期目标，共发表核心期刊论文26篇，其中SCI收录2篇，出版专著1部。主要创新成果如下：.（1）获得了长三角地区大气棕色云团（气溶胶）及其辐射特性的新认识。揭示了该地区气溶胶光学特性的季节和垂直变化特征；解析了气溶胶的源，明确了人类活动及其区域传输对近地面气溶胶浓度的贡献；指出了该地区气溶胶对辐射收支的影响及其对直接辐射的减弱效应，并引起区域能见度下降；阐明了大气污染引起的太阳辐射变化特征，指出由于气溶胶的显著作用，太阳辐射具有“变暗一变亮一变缓”的变化趋势。.（2）阐明了长三角地区臭氧的变化特征。明确了该地区站点尺度臭氧浓度的日变化、季节变化规律及其与气象条件的关系；揭示了近地层臭氧的发生机制及其区域尺度的季节与空间分布特征。.（3）明确了太阳辐射减弱条件下冬小麦和大豆生长、生理指标和产量的变化，但叶片光合系统未发生光抑制或光破坏的事实。揭示了太阳辐射减弱和臭氧增加复合与单独作用对作物生长与产量影响的差异及其机制。.（4）揭示了地表臭氧胁迫对冬小麦等作物各项生长生理指标的显著的抑制效应，但指出冬小麦也具备一定的抗氧化能力；阐明了高浓度臭氧胁迫对作物光合损伤的机理，指出了冬小麦叶片的光能吸收、光利用效率以及保护光系统II免遭光伤害的能力下降，以及作物光合机构受到臭氧和过剩光能双重伤害的事实。.（5）建立了统计模型与作物模型耦合的气溶胶辐射减弱效应对冬小麦产量影响的评估方法；确定了臭氧伤害阈值的动态变化，改进了臭氧吸收通量响应模型和冬小麦光合机理模型，构建了臭氧胁迫对冬小麦产量影响的定量评估方法。利用修订后的气孔导度模型、臭氧吸收通量模型并结合中尺度数值模式和空气质量模式，耦合作物模型，建立了太阳辐射减弱条件下臭氧胁迫对冬小麦产量影响的评估方法。.上述成果深化了对该地区大气污染特征及其对农业影响的认识，为大气污染控制与评估，认识其环境气候与生态效应提供了基础数据和重要的理论支撑，为环境保护、农业、气象等部门开展相关业务服务提供了新思路，为我国粮食安全评估提供了重要的评价手段。