中国地区对流层臭氧对生态系统碳水通量的影响研究

The tropospheric ozone (O3) is one of the most important air pollutants, which can impact vegetation through preventing its photosynthesis and decreasing stomata conductance, thereby affecting the carbon exchange and water exchange between ecosystem and atmosphere. China is one of the regions with highest O3 concentration, but assessment of the effect of tropospheric O3 on ecosystem carbon budget and evapotranspiration haven't been conducted thoroughly, and due to lack of enough ground O3 observation data in China, there are large uncertainties in the past limited assessments which were focused on the effect of O3 on ecosystem productivity and carbon storage. In this project,We will simulate and study the time-space distribution of O3 over China using a regional air quality model; develop and optimize an ecosystem model by adding a flux based scheme for the effect of O3 on vegetation photosynthetic rate and stomatal conductance, simulate and evaluate the effects of O3 on carbon budget and evapotranspiration of different ecosystem in China using the updated model, clarify the time-space variation characteristics of that effects, and expound the role of different environment conditions on O3 effect. The research results will have very important science meaning on reducing the calculation uncertainties of the terrestrial ecosystem carbon and water fluxes in our country, and provide scientific basis for the state to take effective measures to reduce the harm of air pollution to ecosystem.

对流层臭氧（O3）是最重要的大气污染气体之一，它会抑制植被光合作用，降低叶片气孔导度，从而影响生态系统和大气之间的碳交换和水汽交换。中国是当前全球地面O3浓度最高的地区之一，但系统评估该地区O3对生态系统碳收支和蒸散影响的研究尚未深入开展，并且由于缺乏足够的地面O3观测资料，少量过去针对O3对生态系统生产力和碳储量影响的模拟评估也存在较大的不确定性。本项目将利用区域空气质量模式模拟研究中国地区对流层O3的时空分布；发展优化生态系统模式，增加O3对植被光合速率和气孔导度影响的模拟方案，利用其模拟评估中国地区O3对不同生态系统碳收支和蒸散的影响，明确这种影响的时空变化特征，同时阐明不同环境因子在O3对生态系统影响中的作用。研究成果对降低我国陆地生态系统碳水通量计算的不确定性具有重要科学意义，同时可为国家采取有效措施缓减空气污染对生态系统的危害提供科学依据。

对流层臭氧（O3）是最重要的大气污染气体之一，它会抑制植被光合作用，降低叶片气孔导度，从而影响生态系统和大气之间的碳交换和水汽交换。中国是当前全球地面O3 浓度最高的地区之一，但系统评估该地区O3 对生态系统碳收支和蒸腾影响的研究尚未深入开展，并且由于缺乏足够的地面O3 观测资料，少量过去针对O3 对生态系统生产力和碳储量影响的模拟评估也存在较大的不确定性。本项目分别对长三角地区以及全国地区近地面臭氧污染状况以及臭氧对生态系统碳水循环的影响进行了研究。在长三角地区，我们模拟研究了春季对流层臭氧的形成、分布以及臭氧对冬小麦产量的影响。研究发现长三角地区臭氧呈南低北高的分布特征，5月份臭氧浓度最高，上海和江苏大部分地区的臭氧日间平均浓度超过55ppbv，区域污染输送对该地区的臭氧形成具有重要影响，臭氧污染对冬小麦产量的影响显著，相对损失在5.6- 19.0%之间。在全国尺度上，我们改进了BEPS模型，增加了臭氧对生态系统碳水循环影响的计算模块，建立了基于WRF-CMAQ-BEPS模式的臭氧影响模拟评估体系，模拟了2014年全国逐小时的气象和臭氧浓度场，用其驱动BEPS模型，模拟评估了臭氧对生态系统总初级生产力（GPP）和蒸腾作用的影响。模拟的臭氧浓度与实际观测具有非常好的一致性，相对误差平均为6%，但是夏季存在一定的高估；臭氧使得我国陆地生态系统总GPP降低了12~21%，蒸腾降低8~16%；臭氧对森林生态系统的影响最为显著，使得森林的GPP降低了11~27%，蒸腾降低了10~26%。该结果对降低我国陆地生态系统碳水通量计算的不确定性具有重要帮助，同时可为国家采取有效措施缓减空气污染对生态系统的危害提供重要的科学依据。