黄河源区高寒草地-大气间水热交换通量特征

利用黄河源区玛曲观测站2016年涡动相关系统和微气象梯度塔观测资料,分析了高寒草地 大气间水热交换通量的特征。结果表明：夜间地表各通量值很小,净辐射和感热通量为负值,潜热通量的值较小但始终为正。日出后随着太阳辐射和地表加热作用各通量迅速增大,在14时左右达到峰值。暖季（6—8月）夜间感热通量占净辐射的比例(H/Rn)高于感潜通量占净辐射的比例(LE/Rn),日出后LE/Rn开始升高而H/Rn减小,日间LE/Rn大于H/Rn。冷季（12月—次年2月）H/Rn始终大于LE/Rn,感热通量在冷季的能量分配中占据主导地位。暖季LE/Rn、H/Rn均随土壤温度升高而升高。冷季H/Rn与5 cm深度土壤温度表现出了更为明显的二次关系,随着温度升高先降低后升高,当温度小于-7 ℃时H/Rn降低,大于-6 ℃时H/Rn增大。暖季H/Rn随着土壤湿度增大先降低后升高,LE/Rn先升高后降低。在0—1.5 kPa,暖季饱和水汽压差与LE/Rn、H/Rn均呈线性关系,并随着饱和水汽压差增大,LE/Rn增大而H/Rn减小;1.5 kPa之后,LE/Rn、H/Rn变化特征均保持其原有趋势。     

不同陆地生态系统碳通量对GEOS-Chem模型模拟全球CO2浓度的影响

大气中CO₂含量的增加速率已经超过了自然界所能吸收的速度,并逐步影响到全球气候变暖。利用模型模拟分析已经成为一个重要的工具用以深入对碳循环的理解。本文使用2008～2010年的生物模型SiB3（Simple Biosphere version 3）与优化后的CT2016（Carbon Tracker 2016）陆地生态系统碳通量驱动GEOS-Chem大气化学传输模型模拟全球CO₂浓度。通过分析模拟CO₂浓度的空间分布与季节变化,加深对全球碳源汇分布特点的理解,探究陆地生态系统碳通量不确定性对模拟结果的影响,进而认识陆地生态系统碳通量反演精度提升的重要性。SiB3与优化后的CT2016陆地生态系统碳通量都具有明显的季节变化,但在欧洲地区碳源汇的表现相反,其全球总量与空间分布也存在极大的不确定性。模拟CO₂浓度结果表明:在人为活动较少地区,陆地生态系统碳通量对近地面CO₂浓度空间分布起主导作用,尤其在南半球和欧洲地区模拟浓度有明显差异,且两种模拟结果的季节差异依赖于陆地生态系统碳通量的季节变化。将模拟结果与9个观测站点资料进行对比,以期选用合适的陆地生态系统碳通量来提升GEOS-Chem模拟CO₂浓度的精度。实验结果表明:两种模拟结果均能较好的模拟CO₂浓度的季节变化及其峰谷值,但CT2016模拟的CO₂浓度在多数站点处更接近观测资料,模拟准确性更高。     

长江三角洲地区净生态系统二氧化碳通量及浓度的数值模拟

净生态系统碳通量(NEE)的计算对于准确模拟区域碳通量和大气CO₂浓度的时空变化至关重要。本文利用中尺度大气-温室气体耦合模式WRF-GHG(Weather Research and Forecasting Model with Greenhouse Gases Module),对2010年7月28日至2010年8月2日期间影响长江三角洲地区大气CO₂浓度及时空分布的各种过程进行了详尽模拟。结果表明,植被光合呼吸模型(VPRM)能模拟不同植被下垫面NEE的日变化;WRF-GHG模拟的大气CO₂浓度日变化与观测相吻合,但低估了大气CO₂浓度5~15 ppm(ppm表示10-6),这可能与人为排放源的低估、VPRM参数的不确定性以及气象场模拟的不准确性有关。太湖和植被覆盖较好的地区如浙江北部山区是该地区的主要碳汇,而城市为CO₂的主要排放源。太湖和陆地生态系统对区域内碳循环起到一定的调节作用,减缓区域大气CO₂浓度的升高。此外,局地气象条件如湖陆风对太湖周边地区大气CO₂浓度有显著影响。     

唐古拉地区高寒草甸生态系统CO2通量特征研究

采用涡动相关法对青藏高原唐古拉地区高寒草甸生态系统在2007年CO2通量及活动层水热动态进行了连续观测。结果表明, 各月CO2通量日变化均呈单峰型, 日通量峰值一般出现在中午, 最大排放峰值出现在5月, 为0.29 g·m-2·h-1; 最大吸收峰值出现在8月, 为-0.25 g·m-2·h-1, 除7月和8月CO2通量日变化表现出吸收特征外, 其余各月均表现为排放特征。与青藏高原连续多年冻土周边地区相比, 唐古拉地区CO2通量日变化峰值明显偏小。CO2通量季节变化呈双峰型, 表现为春\, 秋季强排放、 夏季弱吸收和冬季弱排放。5月为CO2通量全年最大排放月, 排放量为132.4 g·m-2; 8月为CO2通量全年最大吸收月, 吸收量为-37.7 g·m-2。春\, 秋季, CO2通量与5 cm土壤温度和未冻水含量变化呈显著的正相关关系, 而夏季与5 cm土壤温度变化呈显著的负相关关系, CO2通量对光合有效辐射变化基本没有响应。     

半干旱区农田和草地与大气间二氧化碳和水热通量的模拟研究

集成生物圈模型(IBIS)是目前最复杂的基于动态植被模型的陆面生物物理模型之一。通过应用该模型对国际协调强化观测计划(CEOP)半干旱区基准站之一的吉林通榆观测站(44°25′N,122°52′E)草地和农田生态系统2003年全年的CO2和水、热通量变化进行模拟,并将结果与涡度相关法测定的观测值进行了对比分析,以检验IBIS模型在半干旱区的模拟能力。对比结果表明:除CO2通量模拟结果不够理想外,IBIS模型较好地模拟了通榆观测站的感热通量和潜热通量。模拟与观测比较的相关系数均通过了0.05以上显著性水平的信度检验。总体上看,模型对农田生态系统模拟的偏差小于对退化草地的模拟。     

1981—2019年全球陆地生态系统碳通量变化特征及其驱动因子

陆地生态系统碳汇显著降低大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,受人类活动和气候变化的影响,陆地生态系统碳通量具有强烈的时空变化,其估算结果仍存在较大的不确定性,不同因子的贡献尚不清晰。为此,利用遥感驱动的陆地生态系统过程模型BEPS模拟分析了1981—2019年全球陆地生态系统碳通量的时空变化特征,评价了大气CO₂浓度、叶面积指数(Leaf Area Index, LAI)、氮沉降、气候变化对全球陆地生态系统碳收支变化的贡献。1981—2019年全球陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity, GPP)、净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)和净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity, NEP)的平均值分别为115.3、51.3和2.7 Pg·a^-1(以碳质量计,下同),上升速率分别为0.47、0.21和0.06 Pg·a^-1。全球大部分区域GPP和NPP显著增加,NEP显著上升(p<0.05)...     

基于涡度相关法的中国农田生态系统碳通量研究进展

农田生态系统是受人为活动强烈控制和干扰的系统,对其碳源/汇的评价是全球碳循环研究的热点.首先概括了以涡度相关法为手段的中国农田生态系统碳通量的研究进展,重点总结了中国农田生态系统碳通量的时间变化、驱动机制和模型模拟等方面的研究成果,并在此基础上对今后中国农田生态系统碳通量研究提出了建议,认为长期观测与研究、多因子协同作用、模型开发与尺度推绎、数据质量监控和评价是今后研究的重点方向.     

在华北玉米生育期观测的16 m高度CO2浓度及通量特征

利用中国气象局固城农业气象生态试验站2004年玉米生育期通量观测资料,分析了CO2浓度和通量随玉米生长的变化,并估算了玉米生育期陆地与大气CO2净交换量。结果表明:CO2浓度变化对农户活动和作物生长极其敏感;浓度在整个生育期始终有明显的日变化规律,峰值（谷值）出现在日出（日落）前后,通量仅在7月中旬至10月上旬之间出现明显的日变化特点,且位相超前于浓度,开花期通量最大;玉米播种期、苗期和成熟后地面向大气净排放碳, 拔节至成熟前地面从大气净吸收碳;开花期碳吸收最强,其后依次为吐丝－乳熟期和拔节期。比较分析了目前流行的通量计算方法对碳吸收估计的影响,结果显示不同计算方法能产生高达160%的碳吸收估计偏差,应当引起重视。生态系统碳平衡分析结果表明,玉米地在生长季表现为弱碳汇（大约660 kg/hm2）,但这一结果可能低估了实际的碳汇强度,低估程度有待研究。     

玉米农田生态系统CO2通量的动态变化

利用2008年辽宁锦州农田生态系统野外观测站涡动相关系统通量观测资料,分析了玉米农田生态系统生长季(5-10月)及非生长季CO₂通量动态变化。结果表明：玉米农田生态系统的非生长季日动态趋势不明显;生长季日动态明显,呈明显的U型曲线,CO₂通量最大值出现在12:00时,为-1.19 mg·m^-2·s^-1;不同物候期的日动态也呈现U型曲线,各发育期CO₂通量日最大值范围为0.07～-0.23 mg·m^-2·s^-1;玉米农田生长季生态系统净CO₂交换日累积（NEE）为-652.8 g·m^-2,非生长季NEE499.8 g·m^-2,2008年碳收支-153.0 g·m^-2,表现为碳汇。     

Soil Moisture Effects on Sand Saltation and Dust Emission Observed over the Horqin Sandy Land Area in China

In this study, the effects of soil moisture on the processes of sand saltation and dust emission are investigated using observations from three dust events in 2010 over Horqin Sandy Land area. The minimum friction velocity initiating the motion of surface particles, namely threshold friction velocity, is estimated to be 0.34, 0.40 and 0.50 m s^-1, under the very dry, dry and wet soil conditions, respectively. In comparison with the observations during the dust events under the very dry and dry soil conditions, the dust emission flux during the wet event is smaller, but the saltation activities of sand particles (d ≥ 50 μm) are stronger. The size distributions of airborne dust particles (0.1 ≤ d ≤ 20 μm) show that the finer dust particles (0.1 ≤ d ≤ 0.3 μm) have a secondary peak under dry soil conditions, while they are absent under wet soil conditions. This suggests that the surface soil particle size distribution can be changed by soil moisture. Under wet soil conditions, the particles appear to have larger size, and hence more potential saltating particles are available. This explains the phenomena of stronger saltation processes observed under wet soil conditions.     

Soil Moisture Effects on Sand Saltation and Dust Emission Observed over the Horqin Sandy Land Area in China

In this study, the effects of soil moisture on sand saltation and dust emission over the Horqin Sandy Land area are investigated, based on observations of three dust events in 2010. The minimum friction velocity initiating the motion of surface particles, namely, the threshold friction velocity, is estimated to be 0.34,0.40, and 0.50 m s-1under the very dry, dry, and wet soil conditions, respectively. In comparison with the observations during the dust events under the very dry and dry soil conditions, the dust emission flux during the wet event is smaller, but the saltation activities of sand particles(d 50 μm) are stronger. The size distributions of airborne dust particles(0.1 d 20 μm) show that concentrations of the finer dust particles(0.1 d 0.3 μm) have a secondary peak under dry soil conditions, while they are absent under wet soil conditions. This suggests that the surface soil particle size distribution can be changed by soil moisture. Under wet soil conditions, the particles appear to have a larger size, and hence more potential saltating particles are available. This explains the occurrence of stronger saltation processes observed under wet soil conditions.     

生长旺盛期呼伦贝尔草甸草原生态系统呼吸与CH_4吸收通量的日变化研究

利用静态箱法于2011年结实期和2012年开花期与结实期分别对不同人类活动(自由放牧和刈割)影响下的呼伦贝尔草甸草原及相应的封育草原的CH4通量和植物土壤系统呼吸作用排放的CO2通量进行野外定位观测研究。结果表明:呼伦贝尔草甸草原(放牧和刈割及其对应的封育样地)均表现为CH4的汇,3个观测时期汇强的变化范围为:-23.98±6.40~-95.96±28.57μg Cm-2 h-1。呼伦贝尔草甸草原CH4通量的日变化对温度的响应较为复杂。不同时期呼伦贝尔草甸草原的植物土壤系统呼吸速率的日变化存在差异,水分和温度的共同影响造成2012年结实期日均CO2排放量低于2011年结实期。放牧对呼伦贝尔草甸草原CH4吸收通量的日变化模式的影响较小,但在2011年结实期和2012年开花期促进了CH4日均通量(促进幅度12.05%~93.35%),2012年结实期放牧降低了CH4日均通量(降低幅度23.32%~30.43%);刈割降低CH4吸收日均通量11.55%~60.62%。呼伦贝尔草甸草原日均累计碳排放量中CH4所占比例为0.35%~2.62%,而放牧和刈割行为对呼伦贝尔草甸草原的日均累计碳排放的影响结果在不同物候期以及不同植被群落类型均有不同。     

内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算

根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料,作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征.结果表明:(1)净辐射通量的转化形式有明显的季节性变化,5～6月份,净辐射能大部分用于感热交换,而后期则多用于潜热交换,5～8月份的日波文比值分别为1.26,1.42,0 41和0.20.(2)观测期间,波文比的日变化特征表现为,早晚变化大不稳定,而白天则相对稳定.(3)用涡度相关方法观测的感热和潜热通量之和与同期的净辐射相比较,前者的结果偏小1 5%左右,两种方法观测到的潜热通量的差异达平均35%左右.(4)半干旱草原CO2通量有明显的日变化,在生长旺期,白天CO2通量强度可达到1.5 mg s-1m-2以上,但在生长后期,1998年和1999年8月份的白天CO2通量强度分别为0.38 mg s-1m-2和0.2 mg s-1m-2左右;其差异与草地土壤水分和植物长势有关.     

不同土壤类型的热通量变化特征

利用2004—2007年中国科学院中国生态系统研究网络(CERN)生态站实测土壤热通量、辐射等资料,分析了不同土壤类型表层热通量的日变化和季节变化,以及不同土壤类型的热通量与总辐射、净辐射的关系。结果表明,由于导热率越大,热量传输就越快;热容量越小,热量传输也越快,造成土壤热通量的日较差和年较差较大,所以黄绵土和紫色土的表层热通量日较差最大(220～280 W.m-2),高寒草甸土和水稻土最小(55W.m-2);季节变化中土壤表层热通量的年较差变化范围在12～28W.m-2之间,灰漠土最大,为28W.m-2,热通量年较差从大到小依次为灰漠土、黄绵土、盐碱潮土、红壤土、紫色土、沼泽土、水稻土和高寒潮土,高寒潮土最小,为12W.m-2。不同土壤类型的热通量与总辐射、净辐射呈正相关关系,但不同土壤类型的土壤热通量在12:00(地方时)所占净辐射的比例各不相同,高寒草甸土最小,约为8%;黄绵土最大,为38%,多数土壤的热通量占净辐射的比例在15%～20%之间,这充分表明不同土壤类型表层热通量的传输存在很大差异。     

青藏高原中部季节冻土区地表能量通量的模拟分析

利用“全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验(CAMP/Tibet)”中那曲地区BJ站2002年8月1日\_2003年8月31日的观测资料作为水热耦合模式(Simultaneous Heat and Water, SHAW)的强迫场,对青藏高原中部季节冻土区地表能量通量特征进行了单点模拟研究。通过对实测值与模拟结果的对比分析,发现SHAW模式能较成功地模拟该地区地表能量通量特征, 短波净辐射和长波净辐射的模拟值与观测值吻合较好, 净辐射和土壤热通量在夏半年的模拟值与观测值也吻合,但相对夏\, 秋季而言,它们在冬\, 春季的模拟值较观测值略偏大。模拟的感热和潜热通量的季节变化比较合理,由模拟的感热和潜热通量计算的Bowen比能较好地解释不同季节太阳辐射的能量转化。     

青藏高原三江源区退化草地生态系统的地表反照率特征

为了揭示青藏高原三江源区草地退化对生态系统地表反照率的影响,利用2006年12月至2007年11月一整年的观测数据,分析了地表反照率的季和日变化特征及其影响因子。退化草地生态系统的年均地表反照率为0.22,生长季(5～9月)的平均地表反照率为0.18,非生长季为0.25。在植物生长初期的5月,地表反照率主要受土壤水分影响,5月末至6月初出现全年最低值;植物生长旺季的7～8月,受植被的影响地表反照率相对较稳定,并略高于生长季中其它各月。地表反照率的日变化呈"U"型,阴天的地表反照率高于晴天。全年地表反照率出现的最大频率集中在0.20附近,非生长季在0.22附近,生长季在0.18附近。退化草地生态系统生长季地表反照率的变化受土壤水分和植被的的影响,而非生长季受积雪的影响较大。     

珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生态系统CO2通量日变化与月变化特征

采用涡度相关法,对珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生长季与非生长季(2005年5～7月、10月、11月及2006年2月、3月)的CO2通量进行了观测.分析结果表明,在生长季,CO2通量存在明显的日变化,08:00～19:00(北京时,下同)为CO2净吸收,20:00～09:00为C02净排放.6月,CO2通量峰值出现在11:00左右为-0.61g·m-2·h-1;而7月,CO2通量峰值出现在14:00,达到-0.86g·m-2·h-1.从月变化来看,5月为CO2净排放,月总量为89g·CO2·m-2,6月和7月均为CO2净吸收阶段,月吸收总量分别为70g·CO2·m-2和104g·CO2·m-2;而10月,植物枯黄,生态系统转为碳排放,月排放量约为50g·CO2·m-2,与次年3月份月总量(52g·Co2·m-2)接近,而11月份与次年2月份的月排放量接近(分别是23g·CO2·m-2,25g·CO2·m-2).非生长季(2月)CO2通量日变化振幅很小,除14:00～19:00少量的CO2净排放外(0.14g·m-2·h-1左右),其余时间CO2接近零.