西双版纳热带季节雨林热储量初步研究

为探讨西双版纳热带季节雨林不同季节多种形式热储量值的大小及其变化规律,利用该地区热带季节雨林碳通量、常规气象和生物量观测资料,对该地区森林生态系统从2003年1月1日起到2004年12月31日两年内所有晴天条件下的空气显热和潜热、林冠热储量、光合作用耗能以及热流板之上的土壤热储量在雾凉季、干热季和雨季期间的数值大小、变化规律以及它们与净辐射的比值等进行了比较分析.研究表明,各季节空气显热和潜热、林冠热储量以及热流板之上的土壤热储量值均是在昼间变化幅度较大,而夜间很小;各季节空气显热和潜热的绝对值明显高于其他形式的热储量;总热储量的绝对值是干热季时最大,雾凉季时最小,雨季则介于两者之间.昼间空气显热和潜热、林冠热储量、光合作用耗能以及热流板之上的土壤热储量与净辐射的比值在各季节普遍呈现随时间的推移而逐渐下降的趋势;其中空气显热和潜热与净辐射的比值较高,而林冠热储量、光合作用耗能以及热流板之上的土壤热储量在净辐射中所占比例都很小,最大值均不超过3.5%.昼间总热储量与净辐射的比值在1200前较大,且季节间差异明显,1200后都小于10%,且季节间差异较小.计算热储量数据后,各季节能量闭合程度均有所提高,表明这一能量形式不可忽视.受多种因素的影响,观测得到的该热带季节雨林的能量闭合程度不高,需做进一步研究.本研究结果有助于更好的理解热带森林生态系统与大气间的能量传输和物质交换过程,并为其他生态系统能量平衡的研究提供借鉴.     

热带季节雨林碳通量年变化特征及影响因子初探

为深入分析西双版纳热带季节雨林碳通量年变化特征及其与各种因子的关系,通过西双版纳主要自然生态系统(热带季节雨林)2003～2004年林冠-大气间和近地层的碳通量以及不同覆盖状况下的地表碳通量(土壤呼吸)的长期观测,并结合植物光合作用、叶面积指数、凋落物和凋落物分解速率以及温度、辐射等常规气象的测定,对热带季节雨林碳通量的年变化特征及其影响因子进行了综合的分析与研究.结果表明热带季节雨林的碳通量表现出和其它热带雨林不同的特征,在干季(11～4月)的林冠-大气间碳通量为负值,森林生态系统呈现碳汇效应;而在雨季(5～10月)表现出较弱的碳源效应;森林生态系统碳通量具有明显的日变化特征,在白天呈现碳汇效应,而夜间为碳源效应,并且干季昼间碳通量较大;雨季较小;夜间则呈现相反趋势.林冠植物在昼间具有较强的光合作用,对昼间林冠-大气间碳通量有较大的贡献;林冠和植物林内低矮植物的光合速率均与林冠-大气间碳通量有显著的相关关系,而林内低矮植物的光合速率与林内近地层碳通量仅在于热季存在显著的相关关系.林内不同覆盖状态的地表碳通量具有明显的季节变化;林冠-大气间碳通量与地表碳通量同样具有较好的相关性,地表碳通量是导致热带季节雨林生态系统碳通量呈现特殊分布的主要因子;另外,林冠-大气间碳通量与凋落物量、凋落物分解速率、降水量、土壤含水率和土壤温度均表现出较好的相关性.初步的统计表明,西双版纳热带季节雨林林冠-大气间碳通量在不同季节呈现不同的汇/源效应,在总体上表现为一个较弱的碳汇.     

中国亚热带和温带典型森林生态系统呼吸的季节模式及环境响应特征

作为中国陆地生态系统通量观测网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲亚热带人工针叶林和长白山温带阔叶红松混交林生态系统CO2通量进行了长期观测.利用以温度和水分为驱动变量的连乘形式以及Q10形式的生态系统呼吸模型,分析了2003年中国亚热带和温带森林生态系统呼吸的季节变化及其环境响应特征.研究结果表明:(i)温度是控制生态系统呼吸特征的主导因素,温度和水分的协同作用共同控制着生态系统呼吸,利用这两个变量基本上可以描述生态系统呼吸的季节变异特征;对受到干旱胁迫的生态系统而言,水分条件也可能转化成为生态系统呼吸的主导因素.(ii)模型对比分析表明,在干燥的气候条件下,Q10模型对水分的响应能力比连乘模型更敏感,基于Q10模型可以准确描述生态系统呼吸的季节模式.(iii)基于Q10模型估算的千烟洲亚热带人工针叶林和长白山温带阔叶红松混交林生态系统呼吸年总量分别为1197和1268gC·m?2,而基于连乘模型估算的生态系统呼吸年总量分别为1209和1303gC·m?2.     

南亚热带森林土壤CO_2排放的季节动态及其对环境变化的响应

应用静态箱／气象色谱法对南亚热带3种森林土壤地表CO2排放通量的季节动态及其对环境变化的响应规律进行了2年的连续观测,结果表明:季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林(S L)CO2年排放总量分别为3942．2,3422．36和2163．02 gCO2．m-2·a-1,并且3种林分具有相同的季节性变化特征,排放高峰均出现在6～8月,这期间的土壤CO2排放量占全年排放总量的35．9％,38．1％和40．2％:不同森林土壤CO2排放过程对环境变化的响应有明显差异,具体体现在针叶林(PF)对温度变化的响应较阔叶林(BF)和混交林(MF)敏感,Q10值较大,而且CO2排放通量的季节变化幅度较大,表明结构单一的森林生态系统抗干扰能力较差;3种森林土壤CO2排放通量与土壤温度(Ts)、土壤含水量(Ms)和空气压力(Pa)均呈显著相关;但多元回归分析表明,空气压力对森林土壤CO2排放通量的影响并不显著;基于经验模型,以土壤5 cm处温度和土壤含水量两个指标可以分别说明阔叶林、混交林和针叶林土壤CO2排放通量变异的75．7％,77．8％和86．5％,该模型可以较好地描述受水分胁迫的土壤或干旱或半干旱土壤CO2的排放过程．     

南亚热带森林土壤CO2排放的季节动态及其对环境变化的响应

应用静态箱/气象色谱法对南亚热带3种森林土壤地表CO2排放通量的季节动态及其对环境变化的响应规律进行了2年的连续观测,结果表明季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林(S+L)CO2年排放总量分别为3942.2,3422.36和2163.02 gCO2·m-2·a-1,并且3种林分具有相同的季节性变化特征,排放高峰均出现在6～8月,这期间的土壤CO2排放量占全年排放总量的35.9%,38.1%和40.2%;不同森林土壤CO2排放过程对环境变化的响应有明显差异,具体体现在针叶林(PF)对温度变化的响应较阔叶林(BF)和混交林(MF)敏感,Q10值较大,而且CO2排放通量的季节变化幅度较大,表明结构单一的森林生态系统抗干扰能力较差;3种森林土壤CO2排放通量与土壤温度(Ts)、土壤含水量(Ms)和空气压力(Pa)均呈显著相关;但多元回归分析表明,空气压力对森林土壤CO2排放通量的影响并不显著;基于经验模型,以土壤5 cm处温度和土壤含水量两个指标可以分别说明阔叶林、混交林和针叶林土壤CO2排放通量变异的75.7%,77.8%和86.5%,该模型可以较好地描述受水分胁迫的土壤或干旱或半干旱土壤CO2的排放过程.     

内蒙古锡林河流域主要针茅属草地土壤呼吸变化及其主导因子

草地生态系统是中国最大的陆地生态系统, 准确测定其土壤呼吸强度对于正确评价我国陆地生态系统碳排放对大气CO₂的定量贡献具有重要意义. 利用静态暗箱法对内蒙古锡林河流域三类主要针茅属草地土壤呼吸强度进行了连续3年的野外测定, 比较分析了不同草地土壤呼吸速率的季节变化规律, 计算了CO₂年排放总量及其年内与年际变异系数, 并分别建立了土壤呼吸与温度、土壤水分因子的数值关系模式. 结果表明: 草地覆被类型的变化并没有改变土壤呼吸的季节变化规律. 各草地土壤呼吸速率均表现为较大的年内与年际变异, 尤其是在生长季, 土壤呼吸速率波动明显. 生长季土壤呼吸变异系数约为54.0%~93.0%, 年内变异系数均在115.0%以上, 年际变异表现为大针茅草原>贝加尔针茅草原>克氏针茅草原. 贝加尔针茅草原、大针茅草原、克氏针茅草原土壤年呼吸总量分别约为223.62~299.24, 150.62~226.99以及111.31~131.55 gC·m^-2·a^-1, 呈现出递减的趋势. 从全年的尺度来看, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释三类草原土壤呼吸变化的63.5%, 73.0%与73.2%, 对应的Q₁₀值分别为2.16, 2.98与2.40, 且各土壤温度指标Q10值三种草地均表现为10 cm地温>5 cm地温>地表温度. 从生长季尺度来看, 土壤呼吸与表层土壤含水量相关性最强, 三类草原0~10 cm土壤含水量的变化分别能够解释土壤呼吸变异的95.2%, 97.4%以及93.2%.     

干旱荒漠区不同土地利用/覆盖类型土壤呼吸速率的季节变化

结合生长季对准噶尔盆地新垦绿洲外围人工防护林(杨树林)和天然荒漠(柽柳+芦苇群落、梭梭群落)土壤呼吸速率及主要环境因子的测定,分析了不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异性和土壤呼吸对温度、土壤含水量变化的响应.结果表明土壤CO2释放速率随温度逐渐升高,杨树林、柽柳+芦苇群落和梭梭群落的最高值分别出现在1800,1200和1400,最低值皆出现在早晨800.5～10月,土壤呼吸速率呈现增加而又降低的趋势,主要与近地面气温的变化一致,在6～7月达到最大值,8月下降.生长季,平均土壤CO2释放速率、季节变化幅度按大小顺序排序为杨树林＞柽柳+芦苇群落＞梭梭群落,不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异均很显著.杨树林土壤呼吸速率与近地表气温、土壤10 cm温度间存在显著的指数函数关系(P＜0.01),柽柳+芦苇群落和梭梭群落与近地面气温、地表温度间的线性相关显著(P＜0.01).基于近地面气温,计算得出Q10值分别为1.48,1.59,1.63.3种土地利用/覆盖类型的土壤呼吸速率(综合)与0～5,5～15和0～15 cm的土壤含水量呈极显著和显著的正相关关系(P＜0.01).0～5 cm土壤含水量与土壤呼吸速率间呈显著的二项式函数关系(P＜0.01).     

干旱荒漠区不同土地利用/覆盖类型土壤呼吸速率的季节变化

结合生长季对准噶尔盆地新垦绿洲外围人工防护林(杨树林)和天然荒漠(柽柳+芦苇群落、梭梭群落)土壤呼吸速率及主要环境因子的测定,分析了不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异性和土壤呼吸对温度、土壤含水量变化的响应.结果表明:土壤CO2释放速率随温度逐渐升高,杨树林、柽柳+芦苇群落和梭梭群落的最高值分别出现在18:00,12:00和14:00,最低值皆出现在早晨8:00.5～10月,土壤呼吸速率呈现增加而又降低的趋势,主要与近地面气温的变化一致,在6～7月达到最大值,8月下降.生长季,平均土壤CO2释放速率、季节变化幅度按大小顺序排序为:杨树林＞柽柳+芦苇群落＞梭梭群落,不同土地利用/覆盖类型间土壤呼吸速率的差异均很显著.杨树林土壤呼吸速率与近地表气温、土壤10 cm温度间存在显著的指数函数关系(P＜0.01),柽柳+芦苇群落和梭梭群落与近地面气温、地表温度间的线性相关显著(P＜0.01).基于近地面气温,计算得出Q10值分别为1.48,1.59,1.63.3种土地利用/覆盖类型的土壤呼吸速率(综合)与0～5,5～15和0～15 cm的土壤含水量呈极显著和显著的正相关关系(P＜0.01).0～5 cm土壤含水量与土壤呼吸速率间呈显著的二项式函数关系(P＜0.01).     

内陆盐沼湿地土壤碳氮磷剖面分布的季节动态特征

本文以向海湿地为例探讨了内陆盐沼湿地土壤剖面中碳氮磷等生源要素的季节动态变化特征及其影响因素.结果表明,内陆盐沼湿地土壤中有机碳、全氮和全磷含量与土壤深度之间存在显著负相关,在剖面中均表现为由表层向下层其含量不断减少的趋势,且具有明显的季节波动特征,除表层土壤碳氮含量随季节变化呈持续增加外,生源要素剖面分布的季节变化基本表现为先减少后增加的趋势.有机碳、全氮和全磷含量之间关系密切,且三者受土壤粒度的影响都非常显著.土壤pH值仅与土壤有机碳之间存在显著的相关关系,而对全氮和全磷含量的影响则不显著.     

普洱、西双版纳地区的速度结构研究

利用接收函数方法对2008年普洱、西双版纳区域内6个台站接收到的远震数据进行反演,得到该研究区域内台站下方的速度结构.结果表明:景谷、思茅台下方的莫霍面深度在36km左右,区域南部的孟连、澜沧、勐腊台下方的地壳厚度有轻微变薄现象,为32km,景洪台下方地壳厚度最薄,仅为30km.     

热带大气季节内振荡和ENSO的相互关系

通过观测资料的分析和数值模拟，研究了热带大气季节内振荡与ＥＮＳＯ的相互关系．一方面，在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发生之前，热带大气季节内振荡（尤其是在赤道中西太平洋地区）异常偏强，通过海一气相互作用它可能是Ｅ１Ｎｉｎｏ的一种重要激发机制．同时，赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区３０-６０天振荡的加强和强东亚冬季风有关．另一方面，ＥＮＳＯ对热带大气季节内振荡也有重要影响，在Ｅ１Ｎｉｎｏ期间，热带大气季节内振荡明显减弱；其结构明显趋于正压性．     

热带大气季节内振荡和ENSO的相互关系

通过观测资料的分析和数值模拟,研究了热带大气季节内振荡与ＥＮＳＯ的相互关系．一方面,在Ｅ１Ｎｉｎｏ事件发生之前,热带大气季节内振荡（尤其是在赤道中西太平洋地区）异常偏强,通过海一气相互作用它可能是Ｅ１Ｎｉｎｏ的一种重要激发机制．同时,赤道中西太平洋地区大气季节内振荡的异常加强同东亚中高纬度地区３０—６０天振荡的加强和强东亚冬季风有关．另一方面,ＥＮＳＯ对热带大气季节内振荡也有重要影响,在Ｅ１Ｎｉｎｏ期间,热带大气季节内振荡明显减弱;其结构明显趋于正压性．     

不同出露时间下洞庭湖洲滩土壤及生态系统呼吸特征

于2015年1月洞庭湖枯水期,针对不同出露时间下的洲滩,调查其土壤理化性质,并利用LI-8100便携式二氧化碳气体分析仪监测其生态系统呼吸.结果表明：在洞庭湖枯水期,洲滩出露后,洲滩土壤有机质、硝态氮、铵态氮和全氮含量随出露时间增长而先升高后降低.土壤溶解性有机碳含量是影响洞庭湖枯水期洲滩生态系统呼吸强度的最重要影响因子.溶解性有机碳含量随出露时间增长而提高,洲滩生态系统呼吸强度随之提高,并在洲滩出露约60天后达到最高值.出露洲滩生态系统呼吸通量均值为0.72±0.55 μmol/（m²·s）,超过杨树林地、芦苇地和农田地,成为洞庭湖区冬季CO₂排放最活跃的区域.     

南亚热带森林土壤CO2排放的季节动态及其对环境变化的响应

应用静态箱／气象色谱法对南亚热带3种森林土壤地表CO₂排放通量的季节动态及其对环境变化的响应规律进行了2年的连续观测,结果表明:季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林(S+L)CO₂年排放总量分别为3942．2,3422．36和2163．02 gCO₂．m^-2·a^-1,并且3种林分具有相同的季节性变化特征,排放高峰均出现在6～8月,这期间的土壤CO₂排放量占全年排放总量的35．9％,38．1％和40．2％:不同森林土壤CO₂排放过程对环境变化的响应有明显差异,具体体现在针叶林(PF)对温度变化的响应较阔叶林(BF)和混交林(MF)敏感,Q10值较大,而且CO₂排放通量的季节变化幅度较大,表明结构单一的森林生态系统抗干扰能力较差;3种森林土壤CO₂排放通量与土壤温度(Ts)、土壤含水量(Ms)和空气压力(Pa)均呈显著相关;但多元回归分析表明,空气压力对森林土壤CO₂排放通量的影响并不显著;基于经验模型,以土壤5 cm处温度和土壤含水量两个指标可以分别说明阔叶林、混交林和针叶林土壤CO₂排放通量变异的75．7％,77．8％和86．5％,该模型可以较好地描述受水分胁迫的土壤或干旱或半干旱土壤CO₂的排放过程．     

鼎湖山森林地表CO_2通量及其影响因子的研究

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种主要森林类型地表CO2通量及其主要影响因子进行了为期一年的观测,比较和分析了不同林型间地表CO2通量的季节变化,凋落物对地表CO2通量的贡献以及地表CO2通量与土壤温度和土壤含水量的关系.3种林型地表CO2通量都有相似的季节变化模式,即雨季较高而旱季较低,年均CO2通量按从大到小排序为:季风林>混交林>松林;3种林型由凋落物分解释放的CO2对地表CO2通量的贡献均相当显著,就全年平均而言来源于凋落物分解的CO2通量占总的地表CO2通量的比例按季风林、混交林和松林的顺序分别为:24.43%,41.75%和29.23%;3种林型不同处理地表CO2通量均与地下5cm土壤温度呈显著指数相关,Q10值变化范围在1.86~3.24之间;当土壤含水量全年变异系数较大时,地表CO2通量与土壤含水量的相关性较好.     

热带太平洋上层热力状况季节变化的正压特征——海表至深400m热储量的季节变化

使用斯克里普斯海洋研究所（SIO）整编的海洋上层（海表至400m）热储量资料，研究了热带太平洋上层热力状况季节变化的正压特征，指出与SST的分布不同，热储量在北纬5°N～10°N之间有一东西贯穿整个太平洋的带状热储量低值区，其季节变化率的分布特征分为两种，一是11月至2月为代表的“北半球冬季型”和5～8月的“北半球夏季型”，3月、4月和9月、10月为过渡阶段. 北半球10°N和2°N的季节变率的时间变化反位相，南半球的10°S、2°S?其季节变率随时间变化的位相则比较一致且与沿10°N位相大致相反. 东太平洋季节变化明显早于中、西太平洋，具有明显自东向西传播的特征. 10°S与10°N之间东、西太平洋的季节变率随时间的演变也基本上呈现反位相特征.     

热带水库浮游植物形态性状的季节变化及影响因子分析——以高州水库为例

体积、比表面积和最大轴性长度是浮游植物主要的形态性状,反映浮游植物资源竞争和反牧食能力.群落中物种的性状分布会随着环境条件的季节改变而变化,热带水库环境条件的季节性变化小,可能导致群落形态性状变化不显著.本文以热带大型水库——高州水库为研究对象,分析浮游植物形态性状季节动态及关键影响因子.高州水库浮游植物以丝状和单细胞藻类为主,群落水平的平均细胞体积在108.52~753.25 μm³之间,平均比表面积在0.93~2.08 μm^-1之间,平均最大轴性长度在5.21~17.44 μm之间,均有明显的季节特征.浮游植物群落平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关;平均比表面积与硝态氮浓度呈负相关.粘质长孢藻（Dolichospermum mucosa）和光角星鼓藻（Staurastrum muticum）是高州水库浮游植物优势种,其形态性状均具有明显的时空差异,表现出明显的形态可塑性.粘质长孢藻的平均细胞体积、最大轴性长度与总氮浓度呈正相关,与水温呈负相关;平均比表面积与总氮浓度呈负相关,与水温呈正相关.光角星鼓藻的平均细胞体积、最大轴性长度与正磷酸盐浓度呈正相关.总体上高州水库浮游植物在群落和种群水平形态性状均有明显的季节差异,夏季以大细胞为主,其他季节以小细胞种类为主,水温、氮和磷的可利用性是导致浮游植物形态性状季节差异的关键因子.     

南海夏季风季节内振荡特征及其对热带印度洋MJO活动异常的响应

本文采用OLR和风场等NCEP再分析资料、日本APHRO_MA_V1003R1降水资料和CPC提供的MJO指数,分析了1979～2008年南海夏季风的季节内振荡特征和年际差异、对应的低频环流和对流场及降水分布、夏季风ISO的传播路径以及热带印度洋MJO对南海夏季风ISO的影响,发现：（1）气候均态下的南海夏季风在夏季（5～8月）共有3次ISO波动.每一次完整波动中经历发展-最强-减弱-抑制-最弱-恢复的6个位相（弱位相除外）.由于热带低频对流的东传和北传,在阿拉伯海-西太平洋纬带上,1～3位相和4～6位相的低频对流场和环流场呈反位相特征.对应雨带分布在1～3位相和4～6位相也大致呈反位相特征,20°N以南的热带地区主要是雨带随着低频对流的东移而东移,而20°N以北的东亚副热带地区则主要是雨带随着南海低频对流的北移而北移.（2）南海夏季风ISO强度具有显著年际变化特征.在南海夏季风ISO强年,夏季共有3次较强的ISO波动,前两次均来自于热带印度洋ISO先北传到孟加拉湾、再沿10°～20°N纬带东传到南海、在南海加强并激发ISO的北传,构成热带印度洋ISO向我国华南的经纬向接力传播;而在南海夏季风ISO弱年,其振荡强度大为减小且很不规律,ISO的经纬向传播也较弱;在平均状况下,热带印度洋ISO向南海的传播需要约20d左右（1/2个ISO周期）的时间.（3）MJO1（CPC提供的MJO指数第一模态）在4月第1～2候的平均值与南海夏季风ISO强度呈显著负相关,当热带印度洋MJO在4月第1～2候较活跃时,在随后5～8月中也大致偏强,ISO向南海地区的传播也较强,使得南海夏季风ISO加强;反之,则南海夏季风ISO将减弱.MJO在4月第1～2候的异常状况可以为我们预测随后的南海夏季风ISO强度以及分析相关地区的降水异常提供一定的理论依据.     

积云对流参数化方案对热带大气季节内振荡模拟的影响

本文利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）的大气环流谱模式的最新版本SAMIL2.2.3系统分析了积云对流参数化方案对热带大气季节内振荡（ISO）模拟的影响.结果表明该模式的三种积云对流参数化方案都能模拟出热带地区气候平均季节内振荡（CISO）时空演变的基本特征;其中Tiedtke方案相比于Manabe方案和Zhang-McFarlane方案,模拟出的CISO与观测更为接近.而SAMIL2.2.3模式对ISO年际变化部分（TISO）的模拟结果显示尽管SAMIL2.2.3相对于之前的版本对Tiedtke方案和Zhang-McFarlane方案针对不同问题做了必要调整,但三种积云参数化方案中只有Zhang-McFarlane方案能够模拟出27～50天TISO模态的东传特征.另外,SAMIL2.2.3与其较早版本SAMIL2.08中的Manabe方案完全相同,物理过程的其他部分如辐射方案和气溶胶条件有所调整,但仅后者能模拟出100E以西热带27～50天TISO模态的东传特征.因此,模式发展过程中物理参数化方案的改进并非在每一方面上都产生正面效果.动力框架和物理过程,以及不同物理过程之间的协调发展是改进模式的重要途径.