内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱动因子

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统观测站2008年全年的涡度相关观测与相应的生物、环境观测资料,对生态系统能量平衡特征及其驱动因子分析表明:能量平衡各分量(净辐射,Rn;感热通量,H;潜热通量,LE;土壤热通量,G)呈单峰型日动态,白天大部分时间H/RnG/RnLE/Rn;夜间G/Rn占主导;全天LE/Rn相对较小,即使在植物生长盛期。较低的LE/Rn可能与荒漠草原气候干旱及植被分布稀少有关。日Rn受天气变化的影响,特别是在雨季,Rn日间差异较大,呈现锯齿状波动。能量平衡各分量季节变化明显,Rn、H、LE和G最大月分别为7、5、6月份和6月份。全年H是Rn的主要能量支出项(58%);LE其次(26%),年蒸散量(190.3mm)大于年降水量(136.3mm),与多年平均降水量接近(183.9mm),其中最大日蒸散率3.8mm/d;G所占比例较小(1%),全年基本保持平衡。然而G白天吸收能量,夜间释放能量;夏季储存能量,冬季释放能量的特点,在能量平衡中存在类似"能量缓存"的作用,不能被忽略。降水过程显著影响内蒙古温带荒漠草原水热交换。降水后较降水前LE峰值明显增大,而H峰值降低。日蒸散率峰值多数与降水事件有关。而且,生长季日蒸散率波动与降水引起的SWC变化趋势一致。生长季潜热分配(LE/Rn)主要受到土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)及叶面积指数(LAI)共同影响。LE/Rn随SWC增大呈增加趋势,LE/Rn随VPD增大而降低,LE/Rn随LAI增大呈二次曲线变化。其中LAI为0.2m2/m2是一个阈值,当LAI0.2m2/m2,SWC是LE/Rn主要驱动因子;当LAI0.2m2/m2,SWC和LAI共同驱动LE/Rn。应用退耦因子(Ω)评价了荒漠草原与大气之间水汽交换的耦合状况。与其他草原类型相比,本研究区退耦因子(Ω)相对较低(生长季平均0.15)。生长盛期Ω相对较高,Rn是LE的主导因子;而生长前期和后期Ω相对较低,VPD是LE的主要控制因子。     

辽东山区天然次生林能量平衡和蒸散

基于辽宁冰砬山森林生态系统定位研究站2012年森林内、外微气象观测数据,采用波文比-能量平衡法(BERB)研究了辽东山区天然次生林能量平衡组分及蒸散特征。结果表明,天然次生林全年获得净辐射能量(Rn)为1.63×109J/m2,其中生长季Rn占全年的71%。Rn月均值呈单峰状季节变化;5月份Rn最大,达101.73 W/m2;12月份最小,仅为-2.38 W/m2。Rn在晴朗天气的日变化呈单峰型,峰值出现在12:00前后,Rn在日出后0.5 h至日落前1.5 h为正值,其它时间为负值。潜热通量(LE)、感热通量(H)在晴朗天气呈单峰型日变化规律。LE呈单峰型季节变化,7月份最大。H呈双峰型季节变化,峰值在4月份,次峰值在9月份。波文比(β)近似呈"U"字型季节变化,非生长季β均值为1.50,即H占有效能量的60%,生长季β均值为0.43,即LE占有效能量的70%。生长季土壤热通量(G)为能量支出项,约占有效能量的2.5%,晴朗天气呈单峰型日变化。非生长季G为能量收入项,约占有效能量的6.8%,1月份几乎没有日变化。辽东山区天然次生林全年蒸散(E)总量为541.8 mm,占全年降水总量的70.3%,蒸散耗水是该森林生态系统最主要的水分支出项。     

敦煌绿洲夏季典型晴天地表福射和能量平衡及小气候特征

利用“我国西北干旱区陆－气相互作用试验”加强期（IOP）在甘肃省敦煌录洲观测的资料,系统地分析了夏季典型晴天敦煌地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征,结果发现：敦煌绿洲总辐射特别大,其峰值高达1038．1w.m^-2,地表净辐射也高于其它地区,白天能超过600w.m^-2,在地表能量分配中,感热,潜热和地热流量的日积分值的量级相当,白天地热流量比潜热要大,几乎与感染相当;地表反照率除中乖比较接近荒漠戈壁的值外,其它时候均明显比荒漠戈壁的值小：B比在白天1－2之间,比一般灌溉地区要大,地表能量不平衡差额较大,这可能与水平热能量的影响有很大关系,另外,还首次发现了比较可观的下沉气流,部分证实了绿洲与荒漠之间存在的热力环流。     

敦煌绿洲夏季典型晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

 利用“我国西北干旱区陆-气相互作用试验”加强期(IOP)在甘肃省敦煌绿洲观测的资料,系统地分析了夏季典型晴天敦煌地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征,结果发现：敦煌绿洲总辐射特别大,其峰值高达1 038.1 w·m-2;地表净辐射也高于其它地区,白天能超过600 w·m-2;在地表能量分配中,感热、潜热和地热流量的日积分值的量级相当,白天地热流量比潜热要大,几乎与感热相当;地表反照率除中午比较接近荒漠戈壁的值外,其它时候均明显比荒漠戈壁的值小;Bowen比在白天1～2之间,比一般灌溉地区要大。地表能量不平衡差额较大,这可能与水平热通量的影响有很大关系。另外,还首次发现了比较可观的下沉气流,部分证实了绿洲与荒漠之间存在的热力环流。     

不同降水梯度下草地生态系统地表能量交换

通过对不同降水梯度下的蒙古中部针茅草原(KBU)、内蒙古羊草草原(NM)、海北高寒灌丛草甸(HB)和当雄高寒草甸草原(DX)4个草地生态系统的能量通量连续4-5 a的测定,分析了影响青藏高原和蒙古高原草地生态系统生长季中地表能量交换的主要因素。研究表明:相对于KBU、NM和DX,HB高寒灌丛草甸NDVI(0.58)和土壤含水量(28.3%)最大,因而地表短波反射率(αk)最低(0.12),从而获得了最大的净辐射(Rn)。KBU、NM和DX 3个草地生态系统生长季中αk随着植被的生长而降低,在生长季末期,随着植被的凋落而增加;HB的αk季节变化趋势与其它生态系统相反。从蒙古高原(KBU和NM)到青藏高原(HB和DX),随着降水量的增加,波文比(β)逐渐减小(2.25-0.53),即生态系统与大气的能量交换从显热(H)占主导转变为潜热(LE)占主导。植被状况对草地生态系统与大气之间能量交换的季节动态有重要的调控作用,在NDVI较低的时候,4个生态系统H/Rn都大于LE/Rn,LE/Rn随着NDVI的增加而增加,而H/Rn呈现出与LE/Rn相反的季节变化趋势。     

东北阔叶红松林能量平衡特征

采用涡度相关法,结合小气候观测,对东北阔叶红松林的能量平衡特征进行了研究。结果表明,森林全年获得的辐射能量为2.3×109J/m2,平均净辐射(Rn)强度为72.1 W/m2,12月最小,平均为5.8W/m2,6月最大,平均为127 W/m2。除了受太阳高度角的支配,Rn对中小尺度天气变化响应显著。非生长季,森林主要能量支出项为感热通量(H),约占Rn的72%,H最大值出现在5月份;生长季,主要能量支出项为潜热通量(LE),约占Rn的60%,LE最大值出现在7月份。全年因蒸散消耗的能量为1.2×109J/m2,占净辐射的52%,森林蒸散的水量为493mm,占降水量的88%。波文比β近似呈U字型变化,其值受森林物候变化影响显著,在非生长季平均值约为3.0,生长季为0.5左右。土壤热通量(G)在非生长季表现为能量平衡方程的收入项,约占有效能量的5.0%;生长季表现为支出项,约占有效能量的4.0%,其变化过程与土壤温度梯度及叶面积指数密切相关。长白山通量观测站能量平衡收支闭合度为86%,不闭合的原因有待于进一步的研究。     

西北干旱荒漠绿洲区葡萄园水热通量特征及其主要影响因素

为提高干旱绿洲区农田地表过程的科学认识及改善农业水管理，该研究基于涡度相关技术，运用葡萄园生长季能量平衡观测资料，分析了不同时间尺度的水热通量变化特征，以及干旱平流和冠层导度(G_c)在不同生长阶段上对水热通量的影响，并应用通径分析研究了环境因子对潜热通量(LE)的影响路径和程度。结果表明：(1)日尺度上，LE呈现出不同程度多峰状，其余水热通量总体上呈单峰状。整体上，各生长阶段日间净辐射(R_n)>LE>感热通量(H)>土壤热通量(G)。G相较于R_n呈现出明显的滞后现象。(2)整个生长季上，LE和H分别占白天可利用能量(R_n-G)的86%和14%,表明LE始终是白天葡萄园可利用能量的主要消耗项。干旱平流对白天LE的贡献范围为5%～59%,全生长季平均贡献为28%;G_c对LE的影响在生长季上呈动态变化，且在新梢生长期和落叶期对LE的影响强于中间生长阶段。(3)LE主要受R_n的影响，饱和水汽压差(VPD)和气温(T_a)对LE...     

河西走廊沙漠和绿洲下垫面生态条件下能量交换若干特征

在河西走廊黑河地区沙漠和绿洲下垫面生态条件下,用涡旋相关法研究了能量输送的不同模式和日变化进程,以及两种生态条件下能量输送间可能存在的相互关系,在沙漠生态条件下,大部分净辐射用于显热散失,另一部分用于向地下传输,较少部分则用于潜热输送,其方向在白天向下,在夜间向上,其Ｂｏｗｅｎ比为１３．１６。在绿洲的麦田生态条件下,能量输送的基本模式为：大部分净辐射用于潜热散失,其输送方向与沙漠相反,另一部分用于     

夏季绿洲生态环境对荒漠背景地表能量过程的扰动

利用观测试验资料,对比分析了夏季典型晴天敦煌绿洲与周围荒漠戈壁背景地表过程的差异,揭示了绿洲生态系统对干旱区荒漠背景地表过程的扰动特征。结果表明:绿洲地表净辐射日平均要高出周围荒漠戈壁背景60 W/m2以上,约占绿洲净辐射的1/4以上。对绿洲高出的净辐射贡献最大的是绿洲相对低的地表长波辐射,其次是较高的太阳总辐射。而绿洲相对较低的大气长波辐射对高出的净辐射有较大的负贡献,特别是地表反射辐射也有很小的负贡献。绿洲高出的地表净辐射主要贡献于加强潜热和地热流量,还有一部分被绿洲地表能量不平衡差额所占,它实际上可能由一般地表热量平衡所不考虑的垂直热量平流来输送。而绿洲明显低于荒漠背景的感热通量则节省了一部分净辐射能量。     

青藏高原三江源区人工草地能量平衡的变化特征

为揭示建植人工草地对青藏高原三江源区能量平衡的影响,利用涡度相关和微气象系统的观测数据定量分析了该区域人工草地能量收支及其各分量的变化特征。结果表明:太阳总辐射(R_s)和净辐射(R_n)的日最高值分别为33.6和19.1 MJ m~(-2)d~(-1),年累计值分别为6789.4和2773.3 MJ/m~2;全年R_n与R_s的比值(R_n/R_s)为0.41,但生长季的R_n/R_s(0.54)明显高于年均值;显热(H)与潜热(LE)通量呈明显的季节变化,H最低值出现在12月,之后随R_s的增强而增加,但进入生长季后呈下降趋势,7月中旬出现次低值;而LE在冬季维持较低值,3月以后迅速增加,最高值出现在生长旺季的7月。在能量分配上,可利用能量主要消耗于LE和H,年均LE/R_n,H/R_n,G/R_n分别为0.46,0.45和-0.13。但能量分配的季节变化差异明显,波文比(β=H/LE)在冬季、春季、夏季和秋季的平均值分别为3.33、0.68、0.42和1.29。受植被叶面积指数(LAI)等生物因素以及土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)等环境因素的共同影响,冠层导度(g_c)和解耦系数(Ω)的年最大值均出现在夏季,其平均值分别为16.22mm/s和0.70,表明在植被生长盛期LE仍受R_n的控制,其它季节Ω均值低于0.5,说明LE更多的是受VPD调控。本研究说明,虽然三江源区接收的太阳总辐射较强,但R_n/R_s相对较低,生态系统能量平衡中各分项的变化主要受植被、土壤含水量以及净辐射的控制,在退化草地恢复过程中,由于建植人工草地增加了植被覆盖度,进而改变了能量收支过程及能量平衡各分项。     

Skutterudite Unicouple Characterization for Energy Harvesting Applications

Skutterudites are promising thermoelectric materials because of their high figure of merit, ZT, and good thermomechanical properties. This work reports the effective figure of merit, ZT_eff, and the efficiency of skutterudite legs and a unicouple working under a large temperature difference. The p‐ and n‐type legs are fabricated with electrodes sintered directly to the skutterudite during a hot pressing process. CoSi₂ is used as the electrode for the n‐type skutterudite (Yb_0.35Co₄Sb₁₂) and Co₂Si for the p‐type skutterudite (NdFe_3.5Co_0.5Sb₁₂). A technique is developed to measure the ZT_eff of individual legs and the efficiency of a unicouple. An ZT_eff of 0.74 is determined for the n‐type legs operating between 52 and 595 °C, and an ZT_eff of 0.51 for the p‐type legs operating between 77 and 600 °C. The efficiency of the p–n unicouple is determined to be 9.1% operating between ～70 and 550 °C.     

能量效率与可更新能源

一些可更新能源可减少甚至消除我们对化石能和核能的依赖,其中很多虽然已为人类使用数百年,但因为化石能的普遍使用,一直都为起人类的注意。人类已发明了新技术来利用这些可更新能源。其利用有赖于一定的技术是既定的事实,目前有成功建立这样的能源工业还是十分昂贵的。如果人类生产经济和市场允许的话,这些新技术经进一步改进和简化后,就可以降低成本,并且应用起来也很可靠。相对于开发应用核能,水能和化石能数以百万计的投资耗费来讲,用于可更新资源的资金可谓微乎其微。虽然传统能源和替代能源各具优点,但保护能源往往还是解决能源短缺最便宜,最容易的途径。     

能量效率与可更新能源

一可更新能源可减少甚至消除我们对化石能和核能的依赖,其中很多虽然已为人类使用数百年,但因为石能的普遍使用,一直都为起人类的注意。人类已发明了新技术利用这些可更新能源。其利用不赖于一定的技术是既定的事实,目前有成功建立这样的能源工业还是十分昂贵的。如果人类生产经济和市场允许的话,这些新的技术经进一步改进和简化后,就可以降低成本,并且应用起来也很可靠。相对于开发应用核能,水能和化石能数以百万计的投资耗费来讲,用于可更新资源的资金可谓微乎其微。虽然传统能源和替代能源各具优点,但保护能源往往还是解决能源短缺最便宜,最容易的途径。     

辽宁省能源消费和碳排放与经济增长的关系

在广泛收集资料的基础上,对辽宁省的能源利用效率、能源消费强度与经济增长的关系进行探索,其目的为辽宁省的节能与CO2减排及经济的快速发展提供科学依据。结果表明:辽宁整体单位GDP能耗高出全国水平52%—70%,第二产业单位GDP能耗是第三产业的5.67—8.41倍,第一产业的7.2—9.0倍;辽宁能源利用率只有全国平均水平的60%左右,第二产业能源利用效率只有第一产业的11.89%,第三产业的12.60%;GDP年增长速率大于能源消费量年增长速率,能源投入增加促进了国民生产总值的提高,但是经济增长并不是完全依赖能源消费的增长;能源消费量与经济增长的关系,呈现出"N型"曲线特征,随着GDP的增加,能源消费量出现反复上升和下降过程,辽宁省能源消费和经济增长关系没有达到长期的均衡性,尚处于非平衡的发展阶段。     

Differences of energy intake and energy expenditure of elite Taekwondo players receiving summer vs. winter intensive training

[Purpose]

This study aimed to evaluate the energy expenditure and energy intake as an experiment of energy balance of elite Taekwondo players receiving summer vs. winter intensive training.

[Methods]

The summer training group (STG, n = 15) and the winter training group (WTG, n = 18) wore an accelerometer for the measurement of energy expenditure and maintained a daily dietary record for measurement of energy intake, for seven consecutive days during summer or winter intensive training.

[Results]

The total energy expenditure (TEE) (834.1 kcal, p < .001), the total counts (1,867 counts, p = .038), and the energy expenditure during moderate (384.6 kcal, p < .001) and vigorous activity (351.8 kcal, p < .001) were significantly lower in the STG than in the WTG. On the other hand, the macronutrient intake showed that intake of energy (902.7 kcal, p < .001), carbohydrates (82.6g, p < .001), and protein (93.9g, p < .001) in the STG were significantly lower than those of the WTG. When comparing TEE and total energy intake, the STG consumed 902.7 kcal less as energy than the WTG, while the STG performed 834.1 kcal more as TEE than that of the WTG.

[Conclusion]

In conclusion, both of the summer and winter intensive training are not proper for energy balance condition. Therefore, to promote the optimal energy balance during the summer or winter intensive training period, a training and sports nutrition program based on the amount of energy expenditure and energy intake for Taekwondo players should be considered.     

Timing of potential and metabolic brain energy

The temporal relationship between cerebral electro-physiological activities, higher brain functions and brain energy metabolism is reviewed. The duration of action potentials and transmission through glutamate and GABA are most often less than 5 ms. Subjects may perform complex psycho-physiological tasks within 50 to 200 ms, and perception of conscious experience requires 0.5 to 2 s. Activation of cerebral oxygen consumption starts after at least 100 ms and increases of local blood flow become maximal after about 1 s. Current imaging technologies are unable to detect rapid physiological brain functions. We introduce the concepts of potential and metabolic brain energy to distinguish trans-membrane gradients of ions or neurotransmitters and the capacity to generate energy from intra- or extra-cerebral substrates, respectively. Higher brain functions, such as memory retrieval, speaking, consciousness and self-consciousness are so fast that their execution depends primarily on fast neurotransmission (in the millisecond range) and action-potentials. In other words: brain functioning requires primarily maximal potential energy. Metabolic brain energy is necessary to restore and maintain the potential energy.     

能源植物的资源开发与应用

随着矿石能源储量的减少,应大力开发和应用以能源植物为主的生物质能。针对在开发和利用能源植物资源过程中遇到的问题,从生物质能角度出发,对能源植物进行了归类,介绍了能源植物的开发历史和国内外利用现状,总结了能源植物的利用方式,分析了我国开发、利用能源植物资源应采取的措施和步骤。     

中国小麦燃料乙醇的能量收益

分析了燃料乙醇能量收益问题提出的背景,国外有关燃料乙醇能量收益研究的最新进展及国内研究现状,采用全生命周期分析方法,计算了小麦燃料乙醇净能量值和能量产投比,对中国小麦燃料乙醇的能量收益进行了评价。主要结论有:如不考虑副产品能量价值,旧工艺和新工艺的NEV分别为-17022MJ/t燃料乙醇和-11778MJ/t燃料乙醇,R值分别是0.64和0.72;如考虑副产品能量价值,旧工艺和新工艺的NEV值分别为2271MJ/t燃料乙醇和11249MJ/t燃料乙醇,R值分别是1.05和1.27,从能源经济性角度看,旧工艺和新工艺的能量收益已是正效益,且新工艺的能量收益显著提高;与美国玉米燃料乙醇生产相比,如考虑副产品能量价值,新工艺和美国玉米燃料乙醇的NEV分别为11249MJ/t燃料乙醇和7457MJ/t燃料乙醇,R值分别是1.27和1.34。由于小麦转化率要低于玉米,因而小麦燃料乙醇的R值会低于玉米燃料乙醇。中国小麦燃料乙醇生产(新工艺)NEV大于美国玉米燃料乙醇的原因在于:中国小麦燃料乙醇副产品综合利用水平(23027MJ/t燃料乙醇)已明显优于美国玉米燃料乙醇(5078MJ/t燃料乙醇)。     

Die Verwertung reiner Nährstoffe

Auf der Grundlage einer Analyse von Energieumsatzmessungen an ausgewachsenen Rindern (Ochsen) bei Verfütterung von 110 Rationen sehr heterogener Nährstoffzusammensetzung werden folgende Vorhersagegleichungen für Brutto‐ (y₁), verdauliche (y₂) und umsetzbare Energie (y₃) sowie für die Energieansatzwirkung von Rationen (y) (kJ) mitgeteilt:

y₁ ‐ 23.6z₁ + 34.0z₂ + 17.3z₃ + 16,0z₄ + 19, 1z₅

y₂ = 23.6x₁ + 34.0x₂ + 17.3x₃ + 16.0x₄ + 18.0x₅

y₃‐ 17.3x₁ + 34.0x₂+15.9x₃+ 15.1x₄+15.4x₅

y = (6.5x₁ + 26.6x₂ + 10.1x₃ + 7.5x₄ + 8.9x_s)( ‐ 0.5574 + 0.04050x₆ ‐ 0,0002633x₆ ²)

z₁ = Rohprotein(g) x, ‐ verdl. Rohprotein(g)

z₂ ‐ Rohfett(g) x₂ = verdl. Rohfett(g)

z₃ ‐ Stärke(g) x₃ = verdl. Stärke(g)

z₄ ‐ Zucker(g) x₄ = verdl. Zucker(g)

z₅ ‐ N‐freie Reststoffe(g) x₅ = verdl. N‐freie Reststoffe(g)

x₆ ‐ Verdaulichkeit der Energie der Ration(%) (x₆ ≤ 77)