中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法.随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(FLUXNET)也应运而生.在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找"未知碳汇"等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台.随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象/气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题.中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是FLUXNET的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展.研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子.ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系.     

亚热带针叶林水碳通量的模拟及其与观测的对比研究

CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物-土壤-大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型,在区域和全球尺度上得到广泛应用.尽管该模型在大尺度上已经应用大量的植被生产力,碳储量和叶面积测定以及遥感反演数据进行了验证,但还缺乏在冠层和景观尺度上对模型的机理过程(如对光合,呼吸和蒸散过程及其导致的水碳通量变化)模拟的检验.以近年来生态系统机理过程研究的最新进展为基础,对模型进行改进,应用一个亚热带针叶林水碳通量连续观测数据对模型模拟结果进行检验,并分析机理模拟与涡度相关观测得到的水碳通量与环境条件关系的差异.模型模拟的主要水碳通量季节变化特征均与观测值一致.对蒸散和土壤水分的模拟结果与观测值相近,分别解释了观测值90%和86%的变异性,但是模拟值系统偏低.模拟的年总光合碳固定(GPP)和生态系统呼吸(Re)接近于观测值,并且能够分别解释其观测值79%和88%的变异性.尽管净生态系统生产力(NEP)的模拟值(394 gC/m2)也与观测值(387.15 gC/m2)接近,但是它仅能解释观测值31%的变异性.与观测值相比,模拟的NEP在冬季偏低而在夏季偏高.通过与温度、水汽压差的相关分析表明,在严重的高温和缺水胁迫条件下,模型没有准确模拟生态系统光合和呼吸过程.结果证明CEVSA模型对水碳循环的模拟与植被冠层尺度水碳通量测定结果一致,但仍然需要对极端温度和水分胁迫效应的模拟作进一步的ChinaFLUX.     

开路与闭路涡度相关系统通量观测比较研究

开路(OPEC)与闭路(CPEC)两种观测系统是涡度相关技术观测通量的主要技术手段,用这两种观测系统进行通量观测时,由于系统本身的差异有可能导致观测结果的不同,因此在通量观测中对两种观测系统的观测进行比较分析是非常必要的.ChinaFLUX通量观测网络在长白山(CBS)和千烟洲(QYZ)两个试验站同时安装了OPEC和CPEC两种通量观测系统.本文计算了CPEC红外气体分析仪的CO2和水汽观测相对于OPEC观测结果的延迟时间;比较分析了OPEC和CPEC实时观测数据的功率谱和协谱;以OPEC观测系统的观测结果为标准评价了CPEC观测系统的通量结果.结果表明:QYZ和CBS两个试验站CPEC红外气体分析仪观测的CO2和H2O两种气体的延迟时间分别在7.0~8.0s、8.0~9.0s之间;OPEC和CPEC两种观测系统观测项目的功率谱与?2/3斜线一致,而协谱则符合?4/3定律.QYZ试验站的CPEC观测系统的CO2通量为OPEC的84%,而两种观测系统的潜热通量基本一致,CBS的CPEC系统的CO2通量、潜热通量分别为开路系统的80%、86%;CPEC观测系统抽气管道的衰减作用对碳通量的影响大于对水汽通量的影响,QYZ试验站的OPEC与CPEC两套系统的通量差异小于CBS;两种观测系统的CO2通量日变化趋势非常一致.     

中国东部森林样带典型生态系统碳收支的季节变化

利用涡度相关技术对中国东部森林样带(NSTEC)上的长白山温带针阔混交林(CBS)、千烟洲亚热带常绿人工针叶林(QYZ)、鼎湖山亚热带常绿针阔混交林(DHS)与西双版纳热带雨林季雨林(XSBN)等4种典型生态系统类型的碳收支特征开展了长期、连续的观测研究.本研究利用ChinaFLUX的连续观测资料,初步分析和评价了4种生态系统2003年碳收支的季节变化及其环境响应特征.在2003年,各生态系统的碳收支对环境因子的变化产生了不同的响应.CBS生态系统的碳收支主要受到了辐射与温度的控制,0℃和10℃是两个重要的临界温度,前者控制了生态系统碳交换的起止时间,后者影响了生态系统碳交换的强度.由于生态系统光合作用(GPP)出现峰值的时间早于呼吸(Re)作用,因此,CBS生态系统的净交换(NEE)在早夏达到最大值.由于夏季降水与温度的不同步性,QYZ生态系统的碳收支受到了干旱的制约,其降低主要来自于生态系统GpP的降低.DHS与XSBN生态系统均表现出在旱季碳吸收强、而雨季吸收弱的特征,特别是XSBN从旱季到雨季的转变过程中出现了由碳汇向碳源的转变.这主要是由于这两个生态系统在雨季的降水量较大,光合有效辐射不足,导致生态系统GPP受到抑制,而Re随温度升高而增大所致.XSBN的生态系统呼吸温度敏感性参数(Q10)与年呼吸总量最大,CBS与QYZ次之,DHS最小,但CBS生态系统每天的呼吸释放量最高.在2003年,CBS,QYZ,DHS和XSBN的NEE分别为181.5,360.9,536.2和-320.8 g·C·m-2·a-1.在CBS,QYZ和DHS三种生态系统之间,随着纬度的降低,温度与降水表现出明显的纬度梯度,生态系统Re占GPP比例逐渐降低,NEE与Re的比例随纬度的降低而逐渐增大.每天的光合吸收量、光能利用率和降水利用效率均表现出了随纬度降低而减少的趋势.但XSBN生态系统往往脱离这一纬度趋势.由于森林生态系统结构和功能具有的高度复杂性,需要更长时间的观测数据和开展更深入的分析,以科学解释不同生态系统对气候环境变化的响应和准确评价生态系统的碳收支能力.     

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.     

TOGA-COARE IOP期间的海气通量观测结果

在TOGA－COAREIOP期间用涡度相关法对海气热通量进行了船载直接观测．对垂直风速、温度和湿度湍流脉动观测数据的谱分析显示它们在高频区基本满足"－2／3次方律"．对船体简谐震荡影响的讨论从理论上证明该影响在热通量计算中可被忽略．根据以此方法得到的通量求出了中性层结条件下感热和潜热的整体输送系数分别为2．25×10（－3）和1．26×10（－3）．对海气边界层特性的分析表明该海域的近海层主要呈中性或弱不稳定层结．海气通量的变化与背景环流形势密切相关,潜热通量主要受海面风场强度的影响,而感热通量变化除了风场的影响外,层结变化也是一个重要因素．用整体输送法计算TOGA－COAREIOP期间以及TOGA期间8个航次的通量结果而得到的Bowen比约为0．1,显示潜热通量是暖池大气的主要热源．     

TOGA-COARE IOP期间的海气通量观测结果

在TOGA－COAREIOP期间用涡度相关法对海气热通量进行了船载直接观测．对垂直风速、温度和湿度湍流脉动观测数据的谱分析显示它们在高频区基本满足"－2／3次方律"．对船体简谐震荡影响的讨论从理论上证明该影响在热通量计算中可被忽略．根据以此方法得到的通量求出了中性层结条件下感热和潜热的整体输送系数分别为2．25×10－3和1．26×10－3．对海气边界层特性的分析表明该海域的近海层主要呈中性或弱不稳定层结．海气通量的变化与背景环流形势密切相关,潜热通量主要受海面风场强度的影响,而感热通量变化除了风场的影响外,层结变化也是一个重要因素．用整体输送法计算TOGA－COAREIOP期间以及TOGA期间8个航次的通量结果而得到的Bowen比约为0．1,显示潜热通量是暖池大气的主要热源．     

TOGA-COARE IOP期间的海气通量观测结果

在TOGA－COAREIOP期间用涡度相关法对海气热通量进行了船载直接观测．对垂直风速、温度和湿度湍流脉动观测数据的谱分析显示它们在高频区基本满足"－2／3次方律"．对船体简谐震荡影响的讨论从理论上证明该影响在热通量计算中可被忽略．根据以此方法得到的通量求出了中性层结条件下感热和潜热的整体输送系数分别为2．25×10^－3和1．26×10^－3．对海气边界层特性的分析表明该海域的近海层主要呈中性或弱不稳定层结．海气通量的变化与背景环流形势密切相关,潜热通量主要受海面风场强度的影响,而感热通量变化除了风场的影响外,层结变化也是一个重要因素．用整体输送法计算TOGA－COAREIOP期间以及TOGA期间8个航次的通量结果而得到的Bowen比约为0．1,显示潜热通量是暖池大气的主要热源．     

华北平原农田生态系统碳交换及其环境调控机制

在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田采用涡度相关法进行了连续两年的碳通量观测,研究农田生态系统碳通量的构成及其变化特征,并分析碳交换对主要环境因子的响应.结果显示夜间净碳交换量(NEE)与0～10 cm地温呈明显的指数关系,两年度(2002年11月～2003年10月和2003年11月～2004年10月)的Q10分别为2.94和2.40.通过模拟计算得到总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Rec).冬小麦、夏玉米GPP的光响应曲线均符合直角双曲线方程.玉米季平均最大光合速率(Amax)与表观初始光能利用率(α)大于麦季.冬小麦α值随LAI增加而增大.作物主要生长季农田NEE的日变化明显白天吸收、夜晚释放CO2.其他月份农田以碳排放为主,NEE的日变化不显著.农田NEE日较差4～5月和8～9月较大,其它月份较小.农田NEE,GPP和Rec呈明显的季节变化.2003年和2004年玉米田最大日平均碳吸收量分别为-10.20和-12.50 gC·m-2·d-1;麦田最大日平均碳吸收量分别为-8.19和-9.50 gC·m-2·d-1.麦田和玉米田的最大碳吸收量分别出现在4～5月和8月中旬,和GPP最大值出现时间一致.冬小麦和夏玉米主要生长季(3～5月和8～9月)的NEE由GPP支配.GPP主要受PAR和LAI影响.温度对GPP的影响在早春较为明显.7月Rec达到全年最大,Rec和GPP对NEE的贡献相当.其余月份NEE以Rec为主,温度成为NEE的主要控制因子.从生长季NEE总量看,两年度的麦季分别为-77.6和-152.2 gC·m-2·a-1,玉米季分别为-120.1和-165.6 gC·m-2·a-1,玉米季均大于麦季.两年度冬小麦/夏玉米轮作田的年均NEE分别为-197.6和-317.9 gC·m-2·a-1,表明华北平原农田是大气CO2的汇.若考虑收获籽粒的碳,则农田由碳汇变为碳源两年度分别为340.5和107.5 gC·m-2·a-1.受温度、降水等气候因子及施肥、耕作等农田管理措施影响,农田碳交换的年际变化很大.实行免耕和一年一熟制是减少土壤碳排放、增加作物碳吸收的有效途径.     

鄱阳湖夏季水热通量特征及环境要素影响分析

气候变化加速了全球水文循环过程,然而,气候变化如何影响水体蒸发及其水热通量交换仍然不清楚.基于涡度相关系统观测鄱阳湖水体水热通量过程,在小时和日尺度分析了水热通量的变化规律及其主要影响因子.研究表明,潜热通量日变化波动剧烈,大部分为正值,变化范围在-50~580 W/m2之间.而感热通量数值较小,变化范围在-50~50 W/m2之间.8月份潜热通量和感热通量均呈波动下降趋势,均值分别为167.4和15.9 W/m2.8月份日平均潜热通量和感热通量之和大于净辐射,这是由于这一时段储存在水体中的热量释放并补充潜热通量和感热通量.小时尺度上潜热通量日变化在相位上与净辐射无显著相关性,而与风速显著相关.在日尺度变化趋势上,8月份日平均潜热通量仍主要受到风速和水温的影响,感热通量则主要受到风速和饱和水汽压差的影响.     

中国通量网(ChinaFLUX)夜间CO_2涡度相关通量数据处理方法研究

利用涡度相关方法连续观测的结果来估算陆地生态系统碳收支“真值”的工作,越来越引人注目．但是在后期的数据(特别是夜间观测数据)处理过程中,涡度相关方法会出现许多的不确定性问题．目前在世界范围内,用涡度相关方法测定的有效和可靠的夜间CO2通量数据占所有夜间数据的比例很低(通常低于50％)．因此,夜间CO2通量数据的处理以及分析其对生态系统碳收支估算的影响是一个非常关键的问题．简要分析和讨论了用涡度相关方法观测的夜间CO2通量数据失真的可能原因,介绍了目前国际上处理夜间CO2通量数据所采用的理论和一般方法,并结合中国通量网(ChinaFLUX)部分台站的观测数据,提出了一种可以根据夜间CO2通量与摩擦风速的相关关系来客观确定摩擦风速阈值的方法——平均值检验法(AVT),并以禹城站和长白山站数据为例,分析讨论了不同夜间数据处理方法对夜间CO2通量产生的影响．最后还在查阅相关文献的基础上,对ChinaFLUX不同台站的数据插补方法和经验方程进行了汇总．     

21世纪中国陆地生态系统与大气碳交换的预测研究

利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟研究了中国陆地生态系统碳贮量的变化和与大气的碳交换,即生态系统的净初级生产力（NPP）、植被和土壤碳贮量、土壤呼吸和净生态系统生产力（NEP）对SRES B2气候变化情景和大气CO2浓度变化情景的响应。研究表明,未来100a大气CO2浓度不变而只考虑气候变化情景时,中国陆地生态系统NPP总量随时间变化逐渐下降;与此同时,植被和土壤碳总量以及NEP总量也下降。至2020年,中国陆地生态系统由21世纪初的碳汇变成碳源。在同时考虑未来气候变化和大气二氧化碳浓度增加的情景下,未来100a中国陆地生态系统NPP总量持续增长,由20世纪末的2.94Gt C·a^-1增加到21世纪末的3.99Gt C·a^-1,同时土壤和植被碳贮量也持续增加,到21世纪末总量增大到110.3Gt C.NEP总量在21世纪初期和中期保持上升趋势,大约在2050年达到最大值,之后逐渐下降,到21世纪末接近于零。     

中国通量网(ChinaFLUX)夜间CO2涡度相关通量数据处理方法研究

利用涡度相关方法连续观测的结果来估算陆地生态系统碳收支"真值"的工作,越来越引人注目.但是在后期的数据(特别是夜间观测数据)处理过程中,涡度相关方法会出现许多的不确定性问题.目前在世界范围内,用涡度相关方法测定的有效和可靠的夜间CO2通量数据占所有夜间数据的比例很低(通常低于50%).因此,夜间CO2通量数据的处理以及分析其对生态系统碳收支估算的影响是一个非常关键的问题.简要分析和讨论了用涡度相关方法观测的夜间CO2通量数据失真的可能原因,介绍了目前国际上处理夜间CO2通量数据所采用的理论和一般方法,并结合中国通量网(ChinaFLUX)部分台站的观测数据,提出了一种可以根据夜间CO2通量与摩擦风速的相关关系来客观确定摩擦风速阈值的方法--平均值检验法(AVT),并以禹城站和长白山站数据为例,分析讨论了不同夜间数据处理方法对夜间CO2通量产生的影响.最后还在查阅相关文献的基础上,对ChinaFLUX不同台站的数据插补方法和经验方程进行了汇总.     

鲁西北平原玉米地涡度相关臭氧通量日变化特征

近地面高浓度臭氧(O3)对植物生长发育和光合作用等都有副作用.基于O3通量(特别是植物气孔吸收)的评价指标被认为比基于O3浓度的指标能更好地反应O3对生态系统的影响.本文报道了利用涡度相关技术进行农田生态系统(玉米地)O3通量的观测结果,初步分析了该地区夏玉米地上O3浓度、沉积速度(Vd)和臭氧通量(Fo)的日变化规律及其与生态环境条件的关系.结果表明:(1)观测期间(2011年8月9日至9月28日),30 min平均O3浓度存在明显的日变化规律,其最低值(16.5 nL L-1)和最高值(60.1 nL L-1)的出现时间分别为6:30和16:00左右.白天(6:00～18:00)和夜间(18:00～6:00,下同)的O3浓度分别为(39.8±23.1)和(20.7±14.1)nL L-1(平均值±标准差),瞬时O3浓度最大值为97.5 nL L-1.O3浓度受太阳辐射和温度影响比较明显.(2)无论白天还是夜间,近地层O3都是向下运动的.Vd日变化规律表现为夜间小而平稳、上午快速上升、中午前后大而平稳以及下午快速下降的过程.白天和夜间的Vd平均值分别为0.29和0.09 cm s-1,最大值为0.81 cm s-1.白天Vd的大小受作物生长期的影响,而Vd的日变化受太阳辐射和相对湿度的影响最为明显.(3)O3通量的日变化受O3浓度和Vd的共同影响,白天和夜间的平均O3通量(Fo)分别为-317.7和-70.2 ng m-2 s-1.Fo与CO2通量(Fc)和潜热通量(LE)的相关关系比较显著,通过比较白天和晚上Vd的差别,可以判断白天的气孔吸收是玉米地上大气O3主要的汇.     

中亚热带季节性干旱对千烟洲人工林生态系统碳吸收的影响

千烟洲中亚热带人工林生态系统受典型亚热带大陆性季风气候影响,其特点是年水热资源丰富,但是夏季水热资源分布明显不同步,经常受到季节性高温干旱胁迫的影响.作为中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲人工林生态系统CO2通量进行了长期连续的观测.本研究基于2003和2004年月尺度的净生态系统生产力(NEP)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统生产力(GEP)数据,初步分析和探讨了季节性干旱对生态系统碳吸收的影响.结果表明,2003和2004年该生态系统的碳吸收都呈现双峰曲线式的季节变化模式.生态系统碳平衡的两个组分Re和GEP的耦合关系决定了生态系统的碳吸收特征.生态系统碳吸收的降低程度取决于季节性干旱期间温度升高和降水量减少的耦合程度.Re和GEP都会受到干旱胁迫的影响,但是响应的方式与程度有所不同,是造成森林生态系统源/汇强度变化的根本原因.     

基于全球涡度相关的森林碳交换的时空格局

森林碳交换的时空格局及其驱动机制是陆地生态系统碳循环研究的核心内容,是建立和校验生态系统碳循环模型、评价和预测森林在全球碳平衡中作用的基础．近10a来,涡度相关（EC）技术的快速发展已经在陆地生态系统与大气圈的能量和物质交换领域做出了卓越的贡献．在整合全球通量观测网络（FLUXNET）及各区域通量观测网络中森林站点已发表的EC测定数据的基础上,分析了森林碳交换组分——净生态系统生产力（NEP）、总初级生产力（GPP）和总生态系统呼吸（TER）的时空格局及其驱动因素．从全球尺度看,森林NEP具有明显的纬度格局,受TER和GPP联合控制,其值从大到小依次为：暖温带森林〉寒温带和热带雨林〉北方森林和亚高山森林．在气候因素中,年均温（MAT）对森林碳交换的影响大于年降水量（sAP）的作用．随MAT升高,GPP呈线性增加,而TER则呈指数式上升,从而使NEP在MAT超出20℃的阈值之后开始下降．SAP小于1500mm时,GPP,TER和NEP的变异性很大,但均呈现随SAP增加而升高的趋势．森林碳交换的时间动态及其影响因子因时间尺度而异．NEP具有明显的年际变化,主要是由于气候波动和碳交换组分对环境变化响应的不同步性引起的．在更长的时间尺度上,碳交换具有明显的林龄效应．随森林的发育进程,一般表现为：森林采伐初期为碳源,当相对林龄（即实际林龄与轮伐期年龄的比值）达到0.3左右时由碳源转变为碳汇,近熟林或成熟林的碳汇强度达到最大．这一格局与叶面积指数和相应的GPP变化相关．研究结果突出了碳交换组分的时空动态在森林碳循环研究中的重要性,并建议全球碳平衡研究中除了考虑森林类型之外还应兼顾森林碳交换的年际变化和林龄效应．     

陆地生态系统碳循环的多尺度试验观测和跨尺度机理模拟

准确估计陆地碳汇时空变化是预测气候变化和执行温室气体控制协议的基础.近10年来,以大型试验环境控制、涡度相关测定和定量遥感为代表的新技术手段的应用推动了多尺度生态观测网络的建立,获得和积累了大量有关陆地生态系统碳循环变化的数据.但是这些高强度和多尺度观测并没有显著降低对陆地碳汇及其变化估计和机理认识的不确定性.其主要原因是这些观测主要是在各个尺度上分别进行的,而生态系统碳循环变化取决于从生物个体的短期反应到区域生态系统格局长期变化各个尺度过程的相互作用.试验和观测总是在特定尺度上进行的,认识和定量表达跨尺度相互作用需要应用机理模拟的方法.但是,现有的生态机理模型以单一尺度试验观测数据为基础,不能现实地模拟生态系统大尺度格局、结构和过程对环境变化的动态响应和适应.估计和预测由多尺度过程相互作用决定的陆地碳汇变化要求构建新的生态系统理论框架和机理模型,集成和定量表达从生理生态过程响应到生态系统格局适应性变化的传递机理和非平衡生态系统演替机制.多尺度数据-模型融合(Data-modelfusion)是近年来发展起来的生态系统碳循环研究的新方法,它包括应用多尺度观测数据建立跨尺度机理模拟模型;应用多种观测数据在不同尺度上对模型进行检验和验证;应用动态观     

长白山森林生态系统CO_2和水热通量的模拟研究

以基于过程的BEPS模型为基础,根据长白山温带阔叶红松林生态系统的生态过程机制,建立了能够描述半小时尺度生态系统通量日变化的模拟模型BEPS.应用该模型对2003年长白山温带阔叶红松林生长季内的CO2和水热通量的模拟结果表明:模型模拟的净生态系统生产力(NEP),潜热通量(LE),显热通量(Hs)与涡度相关系统的实测数据相关性较好,R2值分别达到0.68,0.75,0.71.模拟的长白山温带阔叶红松林生态系统的年累积NEP为300.5gC·m?2,与实测值也非常接近,说明应用该模型可以较好地模拟长白山温带阔叶红松林生态系统的CO2,水和热量交换过程.根据模型对不同气候变化情景下的NEP和蒸散(ET)的分析得出:长白山温带阔叶红松林生态系统的NEP对气候变化比较敏感,在气候变暖条件下该生态系统的碳汇功能可能会减弱.此外,作为基于过程的模型,BEPS对最大羧化速率(Vcmax)和最大气孔导度(gmax)等植物生理生态特征参数的变化反应也比较敏感.     

长白山红松针阔叶混交林生态系统生产力的估算

利用LI-6400CO2分析系统测定了长白山红松针阔叶混交林生态系统土壤呼吸、乔木和灌木树干和枝条的呼吸、植物叶片光合与呼吸.同步监测森林小气候气象因子,建立土壤、树干、叶片与气象因子间的模型.根据红松针阔叶混交林植被群落特性,估算红松针阔叶混交林森林生态系统不同组分CO2通量.利用涡度相关技术监测红松针阔叶混交林净生态系统交换量.探讨温度、光合有效辐射对森林生态系统CO2通量的影响.通过分析发现,在当年的气候条件下,该森林净生态系统交换量主要受土壤呼吸和叶片光合的影响.红松针阔叶混交林净生态系统交换量全年变化范围在-4.67～13.80 μmol·m-2·s-1.该森林生态系统CO2通量在冬季和夏季里平均分别为-2.0和3.9 μmol·m-2·s-1 (24 h平均值).乔木、灌木和草本的初级生产力分别占阔叶红松林总初级生产力的89.7%,3.5%,6.8%.土壤呼吸是森林生态系统中最主要的CO2排放源,约占红松针阔叶混交林生态系统CO2排放的69.7%,植物叶片和枝干分别占15.2%和15.1%.在生长季和非生长季中红松针阔叶混交林净生态系统交换量分别占全年CO2通量的56.8%和43.2%.自养呼吸占总初级生产力的比值(RaGPP)为0.52(NPPGPP=0.48).森林生态系统地下当年碳积累量占总初级生产力的52%.土壤呼吸占总初级生产力的60%.红松针阔叶混交林NPP为769.3 gC·m-2·a-1.该森林净生态系统交换量(NEE)为229.51 gC·m-2·a-1.涡度相关技术获得的该森林生态系统NEE低于箱式法获得的19.8%.     

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.