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.     

复杂地形条件下森林植被湍流通量测定分析

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红壤丘陵区亚热带人工针叶林2倍和3倍冠层高度CO2等湍流通量进行了长期观测.采用谱分析、方差相似性关系和能量平衡闭合分析3种测试手段对2003年千烟洲人工林两个高度的湍流通量测定数据质量进行了分析.研究结果表明:(ⅰ)两个测定高度的三维风速,CO2,H2O和温度的功率谱在惯性子区内基本符合-2/3定律,而CO2,H2O和温度与垂直风速的协谱在惯性子区内也基本符合-4/3定律.谱分析表明大尺度运动对物质和能量传输的贡献随测定高度的增加而增加,也表明不同高度的涡度相关系统对高频信号的响应能力是满足观测要求的.(ⅱ)根据莫宁-奥布霍夫相似理论的分析表明,两个高度的垂直风速和温度归一化的方差都是大气稳定度的普适函数.夜间垂直风速的归一化方差与莫宁-奥布霍夫相似函数预测值的偏离和低估量是摩擦风速的函数.千烟洲人工林夜间湍流通量测定适宜的摩擦风速界限值应该为0.2~0.3ms?1,保证涡度相关测定处于较强湍流条件下,排除或降低非湍流通量成分的影响.(ⅲ)当摩擦风速大于界限值时,千烟洲人工林能量平衡闭合程度可以达到大约72%~81%左右,与文献报道的10%~30%不闭合度是相一致的.影响能量平衡的因素多,包括对通量测定有影响的     

遥感及其地球表面时空多变要素的区域尺度转换

阐明了遥感在获取时空多变要素中的作用和意义,同时利用遥感方法作出了空间变异较大的叶面积指数、地表温度和净辐射通量的区域分布。通过遥感方法与传统的区域表达方法的对比,讨论了传统的等值线方法及其区域要素计算和表达方法的不足,估算了利用空间差异较大的非均匀要素所作出的区域分布的可能误差。其步骤是： ①用遥感和生态网络观测数据相结合的方法作出几个要素的区域分布影像图; ②在影像图上标出单点生态站的观测数据; ③以图像处理的方法,作出不同范围的各种要素平均值和标准差; ④揭示单点站的观测数据和不同范围要素平均值的差异; ⑤分析用传统的等值线方法所作出的区域分布的可能误差。     

气压式振荡试验确定地层渗透系数适宜性

为评价滨海地区海（咸）水入侵区不同类型地层渗透性,提出振荡试验适宜模型选择方法。利用Geoprobe系统对不同平面位置地层实施了气压式振荡试验,部分点位进行了分层测试;利用配线法计算地层渗透系数。结果表明:当试验目标层为承压含水层时,利用Butler模型分析欠阻尼振荡试验,KGS模型分析过阻尼振荡试验,均可获得良好的计算结果;当试验目标层为弱透水层时,KGS模型可用于过阻尼振荡试验的数据分析,但计算结果会受到相邻高渗透性含水层以及钻孔编录不准确的影响。地层渗透性等级未知条件下,需根据地层类型、介质岩性、测试井结构和水位恢复过程曲线特征选择适宜的振荡试验分析模型,以准确获取地层渗透系数值。     

基于涡度相关技术估算植被/大气间净CO2交换量中的不确定性

近年来，涡度相关技术的进步使陆地生态系统CO2通量的长期和连续观测成为可能。目前，涡度相关技术是全球通量观测网络（FLUXNET）测定植被/大气间CO2通量的主要技术手段，但绝大部分CO2通量观测站点都处于非典型的理想条件下，不能完全满足涡度相关技术的基本假设条件，从而导致基于涡度相关技术估算植被/大气间净生态系统CO2交换量的不确定性。系统介绍了涡度相关技术的基本假设，基本理论公式和误差的类型与特征等理论问题，重点阐述了通量测定中仪器本身的物理限制、二维和三维的气流运动、数据处理的方法和夜间通量的低估等不确定性的主要来源，并据此对通量观测研究中需要优先考虑的问题提出一些建议。研究认为数据质量控制与分析以及误差评价是不同通量站点间的结果比较和全球尺度综合分析的过程中需重点考虑的问题。     

基于多模型和多数据源的青藏高原春季物候时空格局分析（英文）

In this study,we have used four methods to investigate the start of the growing season(SGS) on the Tibetan Plateau(TP) from 1982 to 2012,using Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) data obtained from Global Inventory Modeling and Mapping Studies(GIMSS,1982-2006) and SPOT VEGETATION(SPOT-VGT,1999-2012).SGS values estimated using the four methods show similar spatial patterns along latitudinal or altitudinal gradients,but with significant variations in the SGS dates.The largest discrepancies are mainly found in the regions with the highest or the lowest vegetation coverage.Between 1982 and 1998,the SGS values derived from the four methods all display an advancing trend,however,according to the more recent SPOT VGT data(1999-2012),there is no continuously advancing trend of SGS on the TP.Analysis of the correlation between the SGS values derived from GIMMS and SPOT between 1999 and 2006 demonstrates consistency in the tendency with regard both to the data sources and to the four analysis methods used.Compared with other methods,the greatest consistency between the in situ data and the SGS values retrieved is obtained with Method 3(Threshold of NDVI ratio).To avoid error,in a vast region with diverse vegetation types and physical environments,it is critical to know the seasonal change characteristics of the different vegetation types,particularly in areas with sparse grassland or evergreen forest.     

长白山阔叶红松林主要树种及群落冠层光合特征

基于叶片尺度的光强-光合响应测定,结合冠层CO2涡度通量观测,研究了长白山阔叶红松林主要树种及群落冠层的光合特征.结果表明,叶片及冠层光响应过程均可以用非直角双曲线模型很好地表达.蒙古栎具有较高的光补偿点Lcp(28 μmol·m-2·s-1)、光饱和点Lcp(＞1800 μmol·m-2·s-1)及最大净光合速率Pmax(9.96 μmol·m-2·s-1),表现为典型的喜阳性特点;色木槭的表观量子效率α(0.066)最大,Lcp(16 μmol·m-2·s-1),Lsp(800 μmol·m-2·s-1左右)及Pmax(4.51 μmol·m-2·s-1)最低,表现为弱阳性特点;红松针叶的α值显著低于阔叶树,但具有较高的Pmax,表现为半喜阳特点.在冠层,α和Pmax都位于温带森林报导值的上限,而Lcp位于下限.冠层光合特征参数与叶片具有较好的一致性,均表现为相对较高的光合能力,但环境胁迫,特别是高的饱和水汽压差可显著降低叶片和冠层的光合能力.     

中国生态系统研究网络水体pH和矿化度监测数据初步分析

介绍了中国生态系统研究网络(CERN)陆地生态系统水环境监测指标与频率。初步分析了CERN 31个典型陆地生态系统监测地表水和地下水、6个湖泊和海湾生态系统、1个城市生态系统地下水体pH、矿化度(电导率)状况。结果表明,我国森林生态系统pH和矿化度分布规律基本一致,为从西向东、从北向南逐渐降低的趋势,pH在鼎湖山自然保护区出现强酸性(4.15),其他台站为弱碱性、中性或弱酸性(6.01~8.26),森林生态系统矿化度均较低(33~322 mg/L)。我国农田、荒漠、湿地生态系统水体pH和矿化度分布规律为:华北与黄土农业区、西北绿洲农业与牧业区相对较高,东北农业区和青藏高原农牧区其次,南方农业区最低;除南方农业生态系统与北方三江湿地生态系统水体pH为弱酸性(6.27~6.82)外,其他监测水体均为中性和弱碱性,500 mg/L以上矿化度水体主要出现在西北部荒漠生态系统,黄河冲积平原农业生态系统。湖泊、海湾生态系统水体和北京城市生态系统地下水pH均为弱碱性,海湾水体pH季节波动不明显,湖泊水体和北京城市地下水pH和电导率呈明显季节波动,湖泊水体pH表现为夏秋季节较高,电导率表现为6~9月较低;北京城市地下水pH为...     

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％．     

基于大孔径闪烁仪(LAS)测定农田显热通量的不确定性分析

显热通量是反映地-气间能量交换强度的重要指标.随着涡度相关(EC)技术的快速发展,点尺度的显热通量测量已经变得比较容易和准确可靠,像元尺度(公里尺度)的显热通量的地面测量成为连接遥感反演和地面验证尺度扩展的一个重要环节.大孔径闪烁仪(LAS)是目前唯一一种可直接用于像元尺度上显热通量测量的仪器.为了研究该仪器在使用过程的问题,比较了用2种方法同时在禹城农田上观测的显热通量,重点分析了两者之间产生误差或不确定性的原因.初步研究表明:①无论白天还是夜间,用大孔径闪烁仪(LAS)测量像元尺度上的显热通量是可行的,与涡度相关方法得到的结果总体相关性比较好,日变化趋势非常一致.②LAS与EC对比观测表明:白天显热通量较小时,HLAS比HEC偏大,白天显热通量较大时,HLAS比HEC小;当显热通量由小变大时,其平均绝对误差越来越大,相对误差越来越小.③由于下垫面的非均匀性,风速风向变化将会改变通量贡献区(footprint),从而造成2种结果出现偏差.另外,波文比、零平面位移和地表粗糙度等的不确定性都可能影响LAS的观测结果.