涡动相关系统和小孔径闪烁仪观测的森林显热通量的异同研究

涡动相关系统和闪烁通量仪都是评价局地到区域尺度的地表显热通量的有效途径.以ChinaFLUX千烟洲人工林生态系统2倍和3倍冠层高度的2套涡动相关(EC)系统和通量塔及其东偏南方向距离通量塔约70 m处1.2倍冠层高度安装的1套小孔径闪烁通量仪(SAS)为基础,重点对比分析了EC系统和SAS系统观测的显热通量的异同.研究表明,2倍和3倍冠层高度EC系统与SAS系统的显热通量的观测值有非常好的相关关系与一致性.在季节尺度和日尺度上,在降水正常的季节里SAS测定的显热通量值高于2倍和3倍冠层高度EC系统的测定值.但是在干旱胁迫条件下,SAS测定的显热通量低于2倍和3倍冠层高度EC系统的显热通量值.按16方位风向进行的相关分析表明,以南到南偏西和北偏东到东偏北2个与盛行风向垂直的方位相关性最高.在白天条件下,2倍和3倍冠层高度EC系统与SAS测定的显热通量值均显示出较高的相关性.但夜间无论是2倍还是3倍冠层高度EC系统与SAS测定的显热通量值之间相关性均很低.EC系统与SAS观测的显热通量的差异主要与通量覆盖区的差异以及各自的局限性有关.     

模拟植被覆盖条件下坡面流水动力学特性

利用人工模拟植被试验,系统研究了6个坡度和10个流量、5种覆盖度条件下坡面流水力参数水力要素关系及阻力的变化特征,以期揭示坡面植被水流阻力的内在规律性.结果表明:流态指数随植被覆盖度的增加而显著增加,相同植被覆盖度下,试验坡度对其影响并不显著.各试验工况下,水流流态主要分布在"虚拟层流区"和过渡流区,未达到紊流区.随试验坡度的增加,水流流态由缓流向急流区域延伸,而随覆盖度的增加,流态向相反方向延伸.植被覆盖条件下坡面水流阻力与雷诺数的变化规律并非呈单调增加或者单调递减的趋势,而与植被覆盖度紧密相关,当植被覆盖度较低时,阻力系数随雷诺数的增加而减小,而覆盖度较高时,阻力系数随雷诺数增加呈线性增加的趋势.     

千烟洲中亚热带人工林生态系统CO_2通量的季节变异特征

作为中国陆地生态系统通量网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量进行了长期观测．本研究集中探讨了千烟洲人工林2003年和2004年净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统CO2交换量(GEE)的季节变异特征及其源汇状况与强度．研究结果表明:(i)NEE,Re和GEE具有明显的季节变化趋势且密切相关,冬季和干旱期量级较低而夏季量级较高．(ii)光照、温度和水分条件是控制千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE季节动态的主导因素．光照是控制NEE的主要因素,而温度和水汽压差共同影响着NEE,但水汽压差对NEE的影响作用更强．在适宜光照条件下,干旱胁迫会造成千烟洲人工林生态系统碳吸收的适宜温度范围明显降低．温度和降水的协同作用共同控制着Re．(iii)2003年和2004年千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE分别为-387．2和-423．8 g C·m-2,1223．3和1442．0 g C·m-2,-1610．4和-1865．8 g C·m-2,这表明千烟洲人工林生态系统具有较强碳吸收能力．     

鼎湖山常绿针阔叶混交林CO_2通量估算

鼎湖山通量站是中国通量网络(ChinaFLUX)中4个森林站之一,采用开路涡度相关方法,对南亚热带常绿针阔叶混交林进行生态系统尺度的CO2通量长期定位观测．利用2003,2004年2整年观测资料,分析该生态系统CO2通量时间变化特征及其受环境因子的制约关系．通过坐标转换、WPL订正和质量控制后,发现本通量站存在明显的夜间泄漏问题,因此采用Michaelis- Menten模型,利用白天(PAR>1．0μmol-1 Photons·m-2·s-1)湍流充分条件-F(u*>0．2 m·s-1)的通量资料,逐月拟合净生态系统CO2交换NEE对光合有效辐射PAR的响应,利用拟合Michaelis-Menten方程得到的生态系统呼吸Reco,建立Reco与5 cm土壤温度的指数关系,借此反演夜间呼吸．主要结论包括:(i)逐月拟合的光能利用效率a平均为0．0027(±0．0011)mgCO2·μmol-1 Photons,最大光合速率Amax平均为1．102(±0．288)mgCO2·m-2·s-1,a与Amax季节性变化规律均不明显,表明林内旱季没有明显的缺水和低温胁迫存在,这与南亚热带常绿混交林叶面积指数(LAI)季节性变化较小的特点是一致的．(ii)生态系统呼吸月总量平均为95．3(±21．1)gC·m-2month-1,约占生态系统总初级生产力GPP的68％．NEE月总量平均为-43．2(±29．6)gC·m-2·month-1,大部分月份NEE为负号,表明该生态系统全年均具有较强的碳汇功能．估算得到2003,2004年NEE总量分别为-563, -441．2 gC·m-2·a-1,占GPP的32％．     

西藏高原草原化嵩草草甸生态系统CO_2净交换及其影响因子

了解生态系统CO2净交换(NEE)的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于生态系统碳循环过程机理的理解以及大尺度过程的模拟．本研究利用涡度相关技术对位于西藏高原腹地的、世界海拔最高的草地碳通量观测站的NEE及生物和环境因子进行近3年观测,阐明NEE及其组分的动态变化特征和影响因子．草原化嵩草草甸生态系统碳吸收的最大值出现在8月,最大碳排放出现在11月,在生长季初的6月,受降水和植物返青快慢的影响,会出现生态系统碳吸收或排放的年际差异,7～9月表现为碳吸收,其余月份均为碳排放．在生长季,白天的NEE主要受光合有效辐射变化的控制,同时又与叶面积指数交互作用,共同调节光合速率和光合效率的强度．生态系统呼吸主要受温度的控制,同时也受到土壤含水量的显著影响,呼吸商(Q10)与温度呈负相关,而与土壤含水量呈正相关关系．生长季昼夜温差大并不利于生态系统的碳获取．10℃时标准呼吸速率(R10)与土壤水分、温度、叶面积指数和地上生物量呈正相关关系．降水格局影响了土壤水分动态,土壤含水量会显著影响生态系统呼吸的季节变化．生长季初和末期的脉冲性降水会导致生态系统呼吸的迅速上升,从而导致生态系统碳的流失．西藏高原草原化嵩草草甸生长季短,温度低,致使生态系统的叶面积指数偏低,生态系统碳吸收较少,降水格局引起的土壤湿度动态和脉冲性降水将对生态系统呼吸产生了重要影响,从而会影响到生态系统的碳收支水平．     

涡度相关测定中平均周期参数的确定及其影响分析

应用涡度相关技术估算地-气界面的水、热和CO2交换量的研究越来越普遍.为了获得真实可靠的地表通量数据,在实际应用过程中必须根据每个观测点不同的下垫面条件,对观测数据进行相应的订正,并通过对观测数据的分析来确定相关的技术参数.利用禹城、长白山两个观测站的10Hz原始涡度相关数据,以不同的平均周期(从1~720min)对数据进行了重新计算,并将重新计算的结果与30min平均周期的通量值进行了比较,分析选取不同平均周期参数得到的通量值之间的差异.其中重点分析了在禹城小麦地获取的15d连续观测数据.结果表明:(ⅰ)在禹城,当平均周期取值范围在10~60min变化时,相对30min平均周期的通量值改变小于2%;当平均周期作短于10min变化时,通量的计算结果随平均周期的缩短而明显地降低(最大相对误差为?12%);当平均周期作大于120min变化时,通量的计算结果变得不稳定(最大相对误差为±10%以上).(ⅱ)禹城小麦地通量的计算表明,10min平均周期对研究通量日变化比较好,30min平均周期比较适合于通量的长期观测研究.(ⅲ)提出了一种可以确定涡度相关测定中平均周期参数范围的归一化比值方法.通过对农田和森林不同类型下垫面观测数据的对比分析表明:高大的森林下垫面比相对矮小的作物下垫面在一定范围内增加平均周期长度时有增     

非平坦下垫面涡度相关通量的校正方法及其在ChinaFLUX中的应用

涡度相关技术是目前最好的测量地-气交换的微气象方法,但它的使用是有条件的,如仪器应该安装在空旷、平坦和均匀的下垫面进行观测.否则,得到的通量如果不进行必要的校正就可能产生较大的测定误差.在本研究中,将主要讨论在非平坦、非均匀,或由于仪器非垂直安装情况下,用涡度相关方法计算通量时可能产生的误差及其校正方法(坐标旋转法).并利用中国通量网4种不同类型的野外台站(禹城农田站,内蒙古草原站,长白山和千烟洲森林站)的实际观测数据,分析3种坐标转换方法(2次旋转法,3次旋转法和平面拟合法)的适用条件,对通量的校正效果进行比较.研究结果表明:(ⅰ)校正后的通量可能大于、小于或等于未校正的通量,其校正量的大小主要取决于地面的坡度、坡向、风速和风向.(ⅱ)坐标倾斜角随风向的变化呈现出一个正弦曲线关系,尤其在坡地地带表现得最为明显.(ⅲ)平面拟合方法在一定程度上可以认为是坐标旋转法的简化形式,在各向均匀或有规律变化的下垫面使用效果比较好,但是该方法对下垫面起伏不规则的森林站点而言并不适合.     

近50年中国光合有效辐射的时空变化(英文)

Based on long-term measurement data of weather/ecological stations over China,this paper calculated and produced annually-and seasonally-averaged Photosynthetically Active Radiation(PAR) spatial data from 1961 to 2007,using climatological calculations and spatialization techniques.The spatio-temporal variation characteristics of annually-and seasonally-averaged PAR spatial data over China in recent 50 years were analyzed with Mann-Kendall trend analysis method and GIS spatial analysis techniques.The results show that:(1) As a whole,the spatial distribution of PAR is complex and inhomogeneous across China,with lower PAR in the eastern and southern parts of China and higher PAR in the western part.Mean annual PAR over China ranges from 17.7 mol m-2 d-1 to 39.5 mol m-2 d-1.(2) Annually-and seasonally-averaged PAR of each pixel over China are averaged as a whole and the mean values decline visibly with fluctuant processes,and the changing rate of annually-averaged PAR is-0.138 mol m-2 d-1/10a.The changing amplitudes among four seasons are different,with maximum dropping in summer,and the descending speed of PAR is faster before the 1990s,after which the speed slows down.(3) The analysis by each pixel shows that PAR declines significantly(α=0.05) in most parts of China.Summer and winter play more important roles in the interannual variability of PAR.North China is always a decreasing zone in four seasons,while the northwest of Qinghai-Tibet Plateau turns to be an increasing zone in four seasons.(4) The spatial distributions of the interannual variability of PAR vary among different periods.The interannual variabilities of PAR in a certain region are different not only among four seasons,but also among different periods.     

青藏高原金露梅灌丛草甸净生态系统CO_2交换量的季节变异及其环境控制机制

利用涡度相关技术,对2003年和2004年青藏高原金露梅灌丛草甸生态系统CO2通量观测表明,金露梅灌丛草甸生态系统CO2通量日变化、年变化明显,且日变化暖季大于冷季．CO2净交换量在年内的4,9月为两个释放高峰期,以7和8月的吸收量最大．2年的CO2吸收分别为231．4和274．8 gCO2·m-2,平均为253．1 gCO2·m2,在区域起着重要的碳汇功能．CO2日交换量与温度、辐射等气象因素具有显著的负相关关系．受年际间气候差异影响,两年CO2释放和吸收高峰出现及维持时间具有微小的差异．比较发现,各年白天CO2通量受光合辐射的控制作用基本相同,温度条件似乎成为影响CO2通量的重要环境因子．在植物生长季温度过高明显时,会降低碳的吸收能力．其原因可能是由于高温度条件下土壤呼吸增强有关引起的．生物量测定表明。2003和2004年的地上和地下生物年净固碳量分别为544．0和559．4 gC·m-2,与CO2年净交换吸收碳量(分别为63．1和74．9 gC·m-2)基本趋势一致．     

基于数字相机图像的长白山森林物候模拟

植被物候作为全球植被和陆面过程模型的重要参数,对其状态的准确描述在很大程度上决定着模型的模拟精度。温带森林作为北半球中高纬度地区主要植被类型及全球重要碳源,研究其物候期的变化将提高对区域碳通量的估算精度。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,探讨了数字相机图像在物种尺度物候模拟及群落尺度物候模型改进方面的作用,结果如下：（1）物种尺度上,利用数字相机能获取两种植被（红松,蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较,绝对误差〈3d）;（2）群落尺度上,基于数字相机图像获取的冠层状态数据提高了基于气象数据的物候模型（GSI：growingseasonindex）的模拟精度（R2=0．9）,尤其是秋季物候模拟,为进一步分析群落物候的环境控制因子提供了有力手段。研究表明：数字相机不仅能够提供精确地基于物种尺度的物候数据,还可为遥感物候数据的校正提供参考,同时为生态模型中物候模块的改进及降低区域尺度碳通量模拟不确定性提供了新的思路。