温带森林地区挥发性有机物排放的研究

选定我国温带森林地区，开展植物挥发性有机物（VOC）为期2年的综合测量，获取该区域大气中VOC通量、VOC浓度的实测值。准确了解温带森林地区VOC月、季、年等的变化规律和变化特征，研究分析VOC通量和浓度的变化规律以及它们与其影响因子之间的定量关系。在此基础上，依据VOC以及其他参数平行的实测结果和已往的经验模式及国际上广泛采用的全球模式，研究并确定适合我国温带森林植被类型、气候条件、可靠的VOC排放模式。利用新建的模式，研究目前大气状况下，VOC排放通量对于各主要因子变化的响应，为评价未来气候变化情形下我国温带森林VOC的排放趋势提供参考。本项目获得的实验数据及研究结果将为准确估算我国温带森林VOC排放对我国区域及全球VOC排放的贡献、温带森林VOC排放在碳循环中的定量作用、大气化学与传输模式的改进等方面提供可靠的科学依据。

2010和2011年生长季（6-9月），采用松弛涡度积累技术(REA)，在我国温带森林地区测量了冠层上植物挥发性有机物（BVOCs）排放通量，同步测量了PAR（光合有效辐射）、气象参数。实验发现：异戊二烯排放占总BVOCs排放的绝大部分（比例为82.0%）；单萜烯的主要成分α蒎烯，占12.2%，β蒎烯、莰烯、蒈烯、柠檬烯等共占5.8%（以2011夏季为例）。BVOCs排放有明显的日变化，一般早晚低、中午前后高。异戊二烯和单萜烯排放峰值一般滞后于PAR峰值1-3小时，晚于或同步于气温峰值的出现时间。.2011年生长季异戊二烯和单萜烯排放通量的平均值分别为0.889、0.143 mg•m-2•h-1。α蒎烯、β蒎烯、莰烯、蒈烯、柠檬烯排放通量的平均值分别为0.074、0.009、0.013、0.007、0.013 mg•m-2•h-1。2010年生长季异戊二烯和单萜烯排放通量的平均值分别为0.711、0.190 mg•m-2•h-1。α蒎烯、β蒎烯、莰烯、蒈烯、柠檬烯排放通量的平均值分别为0.065、0.185、0.017、0.016、0.037 mg•m-2•h-1。除PAR和温度外，水汽和散射因子S/Q（散射辐射与总辐射的比值）与BVOCs的排放存在某种联系。.基于植物冠层上PAR能量平衡，考虑了冠层上BVOCs排放过程、PAR能量被大气中气液固相物质的利用与散射，建立了BVOCs排放经验模型，其模拟的异戊二烯和单萜烯与测量值均比较吻合。2010和2011年生长季，异戊二烯和单萜烯排放模式计算值与测量值的相对偏差分别为39.3%、27.1%，它们的归一化均方差（NMSE）分别为0.133、0.101。为检验模型，计算了2010及2011年生长季异戊二烯和单萜烯排放的平均日变化，经验模式可以描述出绝大部分的日变化特征。实际大气条件下，异戊二烯和单萜烯排放对PAR的变化最敏感，其次为水汽和散射因子。利用经验模式计算了2010及2011年生长季异戊二烯和单萜烯的排放，它们的小时平均值分别为1.71和1.55、0.48和0.47 mg•m-2•h-1。利用Guenther的模型和BVOCs测量数据，确定了异戊二烯和单萜烯的排放因子分别为3388.83、450.63 mg•m-2•h-1。