论文总字数：17406字
目 录
一 引言 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 国内外研究动态 1
1.2.1 臭氧干沉降湿度影响的研究进展 1
1.2.2 涡度相关法 2
1.2.3 国内外研究不足之处 2
1.3 研究目标和研究内容 2
1.3.1 研究目标 2
1.3.2 研究内容 2
二 实验部分介绍 3
2.1 实验观测点概况 3
2.2 实验观测仪器 5
2.3 实验数据处理方案 6
2.3.1臭氧干沉降通量和臭氧沉降速度的计算 6
2.3.2臭氧干沉降阻力模型 6
三 结果与讨论 6
3.1 实验期间环境因子及臭氧干沉降相关参数变化趋势 6
3.1.1 实验点环境因子概况 6
3.1.2 冬小麦全生长过程臭氧干沉降通量及沉降速率分析 8
3.1.3 臭氧干沉降阻力分析 8
3.1.4 不同月份臭氧干沉降通量、沉降速率以及阻力特征分析 9
3.2 不同湿度条件对臭氧干沉降的影响 10
3.2.1 冠层阻力随不同湿度条件变化特征分析 10
3.2.2 不同干湿条件对夜间冠层阻力的影响 11
3.2.3 冠层阻力均值随天气状况的日变化 12
四 结论和不足之处
4.1 结论 13
4.2 创新点和不足 13
参考文献 14
致谢 16
不同湿度条件对臭氧干沉降的影响
徐风
，China
Abstract：Because of potential threats to human body and the grain output，ozone damage has gradually become one of the high-profile pollution problems, which was influenced by various of factors such as temperature, direct solar radiation, humidity and frictional wind speed etc.In this study,we hope to search out that how humidity works on the ozone dry deposition,besed on the method of eddy covariance,taking winter wheat as experimental object in the suburbs of Nanjing.The conclusion is:The ozone dry deposition flux in the winter wheat field was higher in the daytime than at night;During the vigorous life period, the ozone deposition flux is large;When the canopy humidity occurs, it will hinder the deposition of ozone on the surface of winter wheat leaves;Dew has a prominent effect on non-stomatal deposition of ozone etc.
Key words：ozone；dry deposition flux；winter wheat；humidity；canopy resistance
一 引言
1.1 研究目的和意义
近几十年来我国城市化的脚步进程持续加快，臭氧逐渐跻身为温室气体的重要组分之一，臭氧（O3）的污染问题也愈发不容小觑。和人类生产生活联系最为密切的大气边界层最下层（近地面）大幅度臭氧浓度跃升，对人类的身体健康有瓦解功能。暴露在外的眼睛和肌肤，以及内在的神经系统都有可能因此受到损害。值得引起注意的是，农业作物的光合作用乃至成长成熟也会受到边界底层过高O3浓度的影响。朱治林等[3]表明，条件恰当之时，产生的O3含量过剩，已经超过对我国粮食产量影响的临界值。并且他们在我国鲁西平原进行了长期且持续的观测实验，通过国外的评价估测模型预估出大致的数值范围，得出此地区的臭氧浓度可能会使得冬小麦产量有5.2%-8.8%的降低这一结论。
国内外在研究和评价O3所带来的具体效应的评价指标时，认为虽然基于O3浓度的环境评价指标应用性更广且操作更便捷, 但是基于O3通量为指标的研究观测方法，其研究结果具有更高的精确度和可信度。另外，大气臭氧的物理特性之一是水溶性差，因此大气干沉降在研究臭氧的沉降过程和消除手段中，是非常重要的研究阶段。
上世纪起就有很多国内外文献研究影响臭氧干沉降的影响因子，包括空气温度、大气相对湿度、摩擦风速、风向、太阳直接辐射、土壤表面温度以及大气压力等。Duenas[27]和刘洁[26]等研究者通过相关分析认为，空气湿度是影响O3浓度变化波动的关键因子之一。
纵观以上因素，结合我国现有的臭氧干沉降研究成果，关于农作物所生长的植物表面臭氧干沉降通量的研究尚且较少，分析不同湿度条件对臭氧沉降通量和沉降渠道的文献也为数不多。城区外围的郊外以及农作物的集中培育区，是近地面O3沉降含量最大的分布场所，因此本研究选取我国经济重心之一的长三角区域，南京郊区的冬小麦为研究对象。再利用涡度相关系统配合先进的快速臭氧分析仪，观测南京郊区麦田的臭氧沉降通量，研究该区域的臭氧沉降过程，分析臭氧沉降的影响因子，探寻不同天气、干湿条件下臭氧沉降通量和速率在不同生育期的变化特征，探求各种湿度条件对O3干沉降过程的详细作用。
1.2 国内外研究动态
1.2.1 臭氧干沉降湿度影响的研究进展
朱治林等[3]研究得出，臭氧浓度和摩擦风速协调影响着臭氧沉降的日变化，而其中摩擦风速在白天随着小麦生长周期的变化而改变，摩擦风速日变化的影响因子里最为显著的是太阳直接辐射和空气相对湿度。李硕等[19]指出小麦干沉降影响因子之一的冠层阻力，在不同的湿度值域范围内呈现出不同的变化趋势，变化较为复杂繁琐。白天的情况下，相对湿度值小于50%和在60%-70%之间时，冠层阻力变化的趋势是，伴随着相对湿度的增加分别增加和减小；而在夜间的情况下，相对湿度值在50%-60%之间以及在大于60%之时，冠层阻力的变化趋势是，伴随着相对湿度的增加分别上升和降低。同时，李硕等[19]还阐明，通过仪器观测的数据可以计算得出，观测期间夜晚相对湿度的平均值为55%。有其他研究[25]指出，当相对湿度数值范围处于50%-70%时，O3沉降过程受到小麦叶片上自发形成的防护膜阻挡妨碍。另外，在夜晚，臭氧浓度本身相较于白天浓度更低，一定程度上也对夜晚较小的臭氧沉降通量这一结果有促成作用。Fuentes J.D.等[10]观测了单独个体的叶片臭氧沉降情况，认为如果叶片表面存留雨露水滴等使得叶片表面湿度较高，会对O3沉降有促进作用。Kazuhide Matsuda[9]得出，二氧化硫和臭氧的含量在降水多发期会降低，反之，在干旱少雨期会增多。
1.2.2 涡度相关法
国内外当今评测估量臭氧对生态环境的影响所使用的的指标，主要是以臭氧浓度和臭氧通量为基底的这两种。前者获得方法相对后者更容易，但忽视了植被情况以及植物所处的自然环境系统情况（如叶片面积以及农作物生长成熟期等）。Mills[23] 等收集了近二十年来，欧洲地区十七个国度有关臭氧对农业作物影响方面的论文和模型图等。他们分析研究得到，在总体趋势下，以臭氧通量为基底的风险预告结果要比以臭氧浓度为基底的结果略胜一筹，这成为验证前者的风险评测极为有利的一个佐证。
相较于以臭氧浓度为基底的臭氧影评估测量指标，以臭氧通量为基底的指标被认为更还原和贴合臭氧对作物的影响与作用机理。关于对臭氧通量进行观测研究，我国在生态系统尺度上的成果还近乎白纸，而上述研究中的大部分，都是选取利用了箱式方法（其中的短期测量）和梯度方法来实现通量观测的。
Grunhage[24]等表明，涡度相关法是目前世界范围内观测度量臭氧沉积通量最高超的手段。涡度相关法的先进之处在于：涡度可以实现一整天同步自动化观测，且频率高。因为化学发光技术是涡度相关法的原理之一，而前者的优势即为响应时间快[20]。
1.2.3 国内外研究不足之处
我国国内乃至东南亚地区，关于近地面不同湿度条件对臭氧干沉降通量的研究文献数量较少，研究方向较为分散，研究结论也仍未成型，尚且处于较大的空窗期。因此本研究旨在利用涡度相关（EC）法结合实验数据观测，分析不同天气及干湿条件对臭氧干沉降的具体影响。
1.3 研究目标和研究内容
1.3.1 研究目标
本实验以冬小麦（扬麦13）为观测对象，以南京郊区农业气象试验站的冬小麦田为试验田，选取最为精确和先进的涡度（EC）相关法的相关仪器，收集数据并研究探讨当湿度这一影响因子处于不同的生态环境情况和值域范围下，在小麦的全生长生育乃至成熟期间，O3的干沉降通量随之产生的具体变化与影响。
1.3.2 研究内容
（1）臭氧干沉降的日变化特征分析。
（2）分析比较不同湿度条件（天气状况如晴，雨，露等、冠层湿度等）臭氧干沉降通量特征对比。
a.以“不同干湿条件”分类，包括干燥、高湿、湿冠层、雨露天等天气状况，将分类后得到的结果分别和臭氧干沉降通量阻力的日变化特征进行比较分析，再利用作图法判断其相关性。
b.夜间植被叶片气孔关闭，所以叶片的气孔阻力可以略去不计入计算，此时冠层阻力和非气孔阻力的数值相同。再以此分析探讨，干湿情况不一时，叶片非气孔的阻力随着小麦不同生长期的具体数值和趋势变化。
（3）冬小麦田O3干沉降及其约束性因素的相关性判断。
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