青藏高原高寒草甸生态系统表观量子产额和表观最大光合速率的确定

高寒草甸是青藏高原广泛分布的植被类型,面积约1.2×106km2,位于青藏高原腹地的西藏当雄县即是典型分布区之一.以2003年生长季在当雄草原站用涡度相关法连续观测的CO2通量数据为基础,分析了净生态系统二氧化碳交换量(NEE)与光合有效辐射(PAR)之间的关系,及其表观量子产额(α)和表观最大光合速率(Pmax)在生长季中的变化特征.结果表明:白天的NEE与PAR之间符合很好的直角双曲线关系;α随生长季依次为草盛期>草盛初期>种子成熟期>枯黄期,最大为0.0244μmolCO2·μmol?1PAR,最小仅0.0098μmolCO2·μmol?1PAR;Pmax在草盛初期、草盛期、种子成熟期变化不大,平均0.433mgCO2·m?2·s?1(9.829μmolCO2·m?2·s?1),在枯黄期仅0.35mgCO2·m?2·s?1(7.945μmolCO2·m?2·s?1).青藏高原高寒草甸的α值与世界上其他的草原生态系统相比,明显偏小.     

西藏高原低大气压下冬小麦表观光合量子产额及其对温度和胞间CO_2浓度变化的响应

西藏高原海拔高,大气压低,气温低且日较差变幅大,植物的光合作用受到显著的影响.单叶表观光合量子产额(αA)是反映植物光能利用和光合物质生产效率的基本参数,准确确定西藏高原的αA在研究高原C3植物光合作用和全球变化建模中具有重要意义.在海拔3688m,大气压为654×102Pa的拉萨高原生态试验站,利用Li-Cor6400光合仪测定了冬小麦旗叶在不同温度和胞间CO2浓度下的光响应曲线.利用0~150μmolm?2·s?1光量子通量密度下与净光合速率的初始斜率为αA指标,分析了高原稀薄大气环境下C3作物冬小麦的αA随叶温和胞间CO2浓度的变化规律.在30℃下,西藏高原冬小麦旗叶αA为0.0476±0.0038,与低海拔地区C3植物相比相差不大.αA主要受到温度和[CO2]/[O2]分压比的综合影响,以往测得αA可能由于仪器和数据处理方法的系统误差而低估了西藏高原真实值.αA随温度升高呈线性降低,温度每升高1℃,αA降低0.0007,随温度降低的梯度与低海拔地区相似.αA受到[O2]的显著影响,在一定[O2]下,随胞间CO2浓度增加而升高,呈双曲线关系.与低海拔地区相比,高原αA对CO2升高反应更敏感.     

华北平原农田水热通量与作物水分利用效率的特征与模拟

在中国科学院禹城综合试验站,采用涡度相关技术对夏玉米生长期间净辐射(Rn)、水汽通量(LE)、感热通量(Hs)和土壤热通量(G)进行了观测,并应用农田生态系统模型RZ-SHAW对水热过程和作物水分利用效率进行了模拟和分析.结果表明,夏玉米水汽通量具有明显的日变化与季节变化,Rn大部分用于玉米潜热的消耗,水汽通量与净辐射的比值(LE/Rn)随生长阶段呈上升趋势,在灌浆期达最大,约60%左右,但比用RZ-SHAW模型模拟的结果略低;RZ-SHAW模型模拟得到的夏玉米日蒸散量与实测值的变化比较符合;逐时水汽通量与相应时段内涡度相关实测值一致性指数(IA)均在0.75以上,均方差(RMSE)在1.0W·m?2以下.LE日变化呈倒“V”型,Hs呈倒“U”型并偏向午前,二者出现峰值的时间不同,Hs出现在11︰30左右,LE出现在13︰00左右,比Hs推迟一小时左右.CO2通量日变化呈不对称“V”型,峰值出现时间在11︰30左右.夏玉米4个生育期的群体水分利用效率(Fc+Rs)/LE在日出以后,随着光强的增强,水分利用效率迅速升高,至10时左右达到最大后开始下降,其最大水分利用效率为24.3g·kg?1,平均水分利用效率为10.3g·kg?1.     

高山树线交错带的景观格局与生态过程

由于对气候变化的敏感性, 近年来高山树线交错带成为全球变化研究中的热点问题。高 山树线交错带所指示的是一个复杂生态系统的特征, 反映出了由低处植被向高山植被的转化, 其 景观格局是综合了种子定居, 树木生长以及树木繁殖等多个树木生态过程和特定高山环境下的 地理特征格局的适应结果。一方面, 树木通过自身生理生态学上的调整对高山极端环境进行适 应。一方面, 高山特定地理环境特征对树线的景观格局进行影响, 因而高山树线交错带成为研究 景观格局- 生态过程相互关系的一个重要载体。通过运用3S 技术, 可以将高山树线交错带研究中 的树线景观结构和生理生态过程结合在一起, 并验证在其景观格局形成过程中地理特征和人为 因子的相对重要性。     

拉萨地区农田能量物质交换特征

利用涡度相关法和波文比——能量平衡法,对西藏拉萨附近的小麦农田进行了能量物质交换的观测试验。结果表明:拉萨地区小麦群体的净光合作用明显高于平原地区。群体的光合作用随着净辐射的增加而线性增加,当净辐射超过700W/m~2左右时,其增加速率开始下降。农田群体的光合水分利用效率日出后不久达最大值,在整个白天呈下降趋势,日落前后到达最低点。拉萨地区的净辐射能和小麦群体的蒸散量也都明显的高于平原地区,但在下午日落前的几个小时内,净辐射及蒸散强度以拉萨地区为最小,华北平原地区为最大。     

A remote sensing model for monitoring soil evaporation based on differential thermal inertia and its validation

To develop geosciences quantification and multi-dimensional researches will be an inevitable trend in the 21st century. The interaction between the land surface and the atmosphere not only serves as an important component in geosciences quantification, bu…     

中国通量观测网络(ChinaFLUX)通量观测空间代表性初步研究

涡度相关系统的观测结果可以代表发生在特定表面或某一部分表面的物理过程.这样,由点到面的空间代表性就成为通量观测中不可忽视的问题.运用FSAM模型结合实际观测数据对中国通量网各站通量观测的空间代表性做了初步的分析研究.结果表明随着大气稳定度的增强、观测高度的升高和下垫面粗糙度的减小,通量贡献区有被拉长的趋势,且沿上风向逐渐远离观测点,这表明通量观测值所代表的下垫面平均状况的范围有所扩大.对于一个观测点而言,在观测高度和下垫面状况一定的情况下,通量贡献最大点和源权重函数最小点距观测塔的距离受大气稳定度的影响,大气越稳定,通量贡献最大点Smx和源权重函数最小点χ1距观测塔的距离(分别为Dmx和Dmin)越大.Dmax和Dmin对下垫面粗糙度和观测高度变化的响应是,随着粗糙度的增加和观测高度的减小,Dmx和Dmin均变小.本研究给出了在不同大气稳定度状况下,对各通量站通量观测值贡献90%时的通量贡献区长度,结合各站点的盛行风向以及通量贡献区对各种影响因素响应规律的分析,使我们对各通量站点通量观测的空间代表性形成了初步的认识.本研究虽然仅可做为实际应用中的参考,但其结果可为通量观测数据的质量控制,解释通量数据不确定性产生的原因提供一定的理论依据.     

基于遥感信息的水平平流通量观测影响校正模型研究

能量平衡原理是遥感反演地表通量,波文比法计算地表通量的基础.但大量的观测数据表明,多数情况下,非均匀地表的地表能量是不闭合的,一方面是由于观测仪器的误差及各参量观测尺度差异造成的,更重要的则是由地表不均质性引起的水平平流效应导致的.因此,定量的估算水平平流效应对地表能量平衡的影响具有很重要的意义.以地表可供能量差、水分状况差异、风速和垂直空气温度梯度四个参数为基础,本文提出了一个基于遥感信息的水平平流通量观测影响纠正模型,其中引入了像元尺度与风浪区长度的关系.文章通过模拟计算,分析了模型中各参数对平流估算结果的影响,同时分析了水平平流的尺度效应问题.进一步,在地表实验数据的支撑下,给出了在农田下垫面情况下模型的验证结果.结果表明模型估算的能量变化率与实测的能量变化率有较好的相关性,经过纠正后的能量闭合状况有很好的改善.     

温度对中国典型森林生态系统碳通量季节动态及其年际变异的影响

森林生态系统的碳收支及其对环境因子的响应规律一直是生态系统生态学研究的重要内容,而碳收支的年际变异规律反映了生态系统的稳定性特征。基于长白山温带针阔混交林、千烟洲亚热带人工针叶林和鼎湖山亚热带常绿阔叶林2003~2008年的通量观测数据,对比分析了3个生态系统碳通量的季节动态、季节动态的年际变异及温度对上述二者的影响规律。结果表明,长白山的总生态系统生产力(GEP)和生态系统呼吸(RE)都呈现单峰曲线的季节动态模式,最高时8天GEP总和可达85g C/m~2,8天总RE能达到66g C/m~2,二者均高于千烟洲和鼎湖山,而千烟洲和鼎湖山的GEP和RE在不同的时间起伏较大;净生态系统碳交换量(NEE)的季节动态模式3个生态系统各不相同。在碳通量的3个分量中,GEP和RE的季节动态的相对年际变异较小,而NEE的相对年际变异较大,表明GEP和RE在年际之间更稳定。3个生态系统的GEP和RE与温度之间均存在显著的指数相关关系,但NEE与温度之间的相关性较弱。在温度较高的时段,通常GEP,RE和NEE的绝对年际变异也较高,相对年际变异较低,整个生态系统表现为更加稳定;但GEP和RE的年际变异与温度的年际变异之间相关性较弱,说明除温度外,还有其他环境因子的年际变异对GEP和RE的年际变异产生重要影响。     

青藏高原净生态系统碳交换量的遥感评估模型研究

青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m~2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m~2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。