西双版纳热带季节雨林树冠上生态边界层大气稳定度时间变化特征初探

为探讨热带季节雨林林冠上方大气稳定状态,为通量计算提供依据,利用2003-2004年热带季节雨林林冠上方的涡度相关法观测资料,对西双版纳热带季节雨林树冠上生态边界层内大气的稳定度频率分布进行了分析研究。计算了稳定度参数（z/L）,并对大气稳定度类型进行了划分,分析了大气稳定状态的时间变化。结果表明：在热带季节雨林林冠上方的大气稳定度频率分布存在明显的日变化。昼间不稳定状态占优势,晚上以稳定状态为主;在早晨和下午稳定状态和不稳定状态频率分布易发生变化,导致中性的大气稳定状态更容易出现;而各大气稳定状态的频率分布年和季节变化相对较小,大气不稳定状态出现频率以雾凉季最高、干热季最低;稳定状态出现频率以干热季最高、雨季最低;中性状态出现频率以雨季最高、雾凉季最低。     

近年来生态学研究热点透视——基于“中国生态大讲堂”100期主题演讲的总结

"中国生态大讲堂"(China Ecological Forum,CEF)是一个中国生态学领域的综合学术论坛;它以"传播新知识,交流新思想,展示新成果"为宗旨,举办系列学术讲座、春冬季专题研讨会、高级研讨班以及焦点论坛等学术交流活动。自2005年创办以来,"中国生态大讲堂"已经组织了100期主题演讲和12次大型学术研讨会、6次专题研讨会、2次高级研讨班,成为广大科研人员进行学术交流的重要平台。迄今,已有300人次的知名科学家、中青年学者在大讲堂作了学术讲演,其中150人次是来自国外研究机构的知名学者。从近年来演讲的主题来看,"气候变化与生态系统适应性"、"生态系统评估和管理"和"生态系统服务"等是生态学研究的热点问题。自2009年以来,根据"中国生态大讲堂"研讨会整理出版的《中国生态大讲堂系列丛书》已经出版了5本,涵盖了当前生态学研究的主要领域及其关键科学问题,反映了当代生态学研究的科学前沿。本文通过对"中国生态大讲堂"讲座和研讨会主题的梳理,探讨了近年来生态学研究前沿领域和热点问题,希望能为中国生态系统研究者提供参考。     

北半球陆地生态系统碳交换通量的空间格局及其区域特征

陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO_2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以ChinaFLUX的长期联网观测数据为基础,整合了北半球区域已发表的涡度相关文献数据,对北半球区域碳交换通量,即总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(RE)和净生态系统生产力(NEP)的空间格局及其区域特征进行综合分析。我们获取了233个通量站点,732条站点年数据。观测站点分布于亚洲、欧洲和北美洲,纵跨纬度2.97°N到74.47°N,横跨经度148.88°W到161.34°E。气候类型涵盖了热带、亚热带、温带、北方林、极地与亚极地以及高山气候类型。生态系统类型包涵了森林(107个站点)、草地(65个站点)、农田(33个站点)和湿地(28个站点)四大生态系统。研究结果得出:北半球陆地生态系统GPP和RE呈现出显著的随着纬度升高而线性降低的趋势,纬度每升高1°N,GPP和RE在空间格局上约减少22.9g C/m~2/a,而NEP的纬向变化规律不明显。森林和农田生态系统的GPP和NEP显著高于草地和湿地生态系统。RE则在森林生态系统最高,平均约为1185±641g C/m~2/a,而在其余生态系统间无显著差异。在亚洲、欧洲和北美洲3个区域之间,森林、农田和湿地生态系统的GPP,RE和NEP均无显著差异。仅在草地生态系统中,欧洲草地生态系统的GPP和RE分别为1472±473g C/m~2/a和1236±452g C/m~2/a,显著高于亚洲和北美洲。GPP,RE和NEP呈现出从温暖性气候区向寒冷性气候区逐渐降低的趋势,同时受到水分状况的调节,表现出在相同的温度带里,相对湿润的气候区具有更高的NEP。这些结果表明北半球陆地生态系统碳交换通量存在着空间变异性,但没有显著的区域差异,然而在不同气候区和生态系统类型间差异显著,这意味着北半球陆地生态系统碳交换通量主要受到温度和水分环境条件以及人类活动的共同影响。     

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。     

中国区域土地利用/覆被变化对陆地碳收支的影响

准确估计土地利用/覆被变化（LUCC）对陆地生态系统碳收支的影响已成为当前全球变化和全球碳循环研究的重点内容。本文通过文献调研和数据的整合分析方法总结讨论了近年来中国区域LUCC时空特征及其对陆地碳收支影响,为合理评价中国区域陆地碳平衡以及确定未来研究发展方向提供参考。已有大量研究对近年来中国区域LUCC主要特征进行了探讨,并分别利用卫星遥感方法和IPCC清单法对中国区域陆地碳源汇影响进行了评估。结果表明,目前全国土地利用活动,特别是农林活动正对陆地生态系统碳收支产生了比较显著的积极作用,但基于以上两种方法的研究结论之间差异很大,反映出中国LUCC导致陆地碳收支变化的评估结果仍存在着较大的不确定性。通过分析认为,中国未来的研究工作应着重于发展和利用基于土地利用相互转化面积的计量方法,以提高对中国区域LUCC导致陆地碳收支变化评估的准确性。     

近年来生态学研究热点透视——基于“中国生态大讲堂”100期主题演讲的总结

“中国生态大讲堂”(China Ecological Forum, CEF)是一个中国生态学领域的综合学术论坛;它以“传播新知识,交流新思想,展示新成果”为宗旨,举办系列学术讲座、春冬季专题研讨会、高级研讨班以及焦点论坛等学术交流活动。自2005年创办以来,“中国生态大讲堂”已经组织了100期主题演讲和12次大型学术研讨会、6次专题研讨会、2次高级研讨班,成为广大科研人员进行学术交流的重要平台。迄今,已有300人次的知名科学家、中青年学者在大讲堂作了学术讲演,其中150人次是来自国外研究机构的知名学者。从近年来演讲的主题来看,“气候变化与生态系统适应性”、“生态系统评估和管理”和“生态系统服务”等是生态学研究的热点问题。自2009年以来,根据“中国生态大讲堂”研讨会整理出版的《中国生态大讲堂系列丛书》已经出版了5本,涵盖了当前生态学研究的主要领域及其关键科学问题,反映了当代生态学研究的科学前沿。本文通过对“中国生态大讲堂”讲座和研讨会主题的梳理,探讨了近年来生态学研究前沿领域和热点问题,希望能为中国生态系统研究者提供参考。     

陆地生态系统碳—水耦合机制初探

陆地生态系统的碳循环和水循环是当前全球变化研究的热点。大量的研究已经表明两者之间具有密切的耦合作用。但是目前对于两者的耦合关系和耦合机制还缺乏系统的分析和总结。本文在综合相关研究的基础上,对陆地生态系统碳-水耦合的基本过程和基本作用机制作了概括。我们认为陆地生态系统碳-水耦合过程共包括土壤-植被节点、植被-大气节点（气孔节点）、土壤-大气节点和生化节点4个碳-水耦合节点。碳-水间的生化反应、气孔对光合-蒸腾的共同控制和优化调控作用、生态系统对碳、水循环的同向驱动机制分别是陆地生态系统碳-水耦合的生物化学、生物物理学和生态学基础,共同构成了碳-水耦合的基本作用机制。我们还用水分利用效率（WUE）概念对碳-水耦合过程中的碳/水耦合比例关系作了探讨。     

近50 年中国光合有效辐射的时空变化特征

基于中国陆地区域1961-2007 年逐年/季节平均光合有效辐射(PAR) 的空间化数据(10km×10km),结合GIS 空间分析技术与Mann-Kendall 趋势分析方法对近50 年年/季节平均PAR进行时空变化特征分析。结果表明：① 全国PAR的空间分布差异明显,总体上呈现东南低、西部高的特点,年均PAR在17.7~39.5 mol m^-2 d^-1之间。② 全国像元平均的年/季节平均PAR表现出一个较明显的波动下降过程,年均PAR降幅为0.138 mol m^-2 d^-1/10a,不同季节下降幅度存在差异,夏季降幅最大。③ 逐像元分析显示全国大部分地区PAR呈现显著下降趋势(α = 0.05),东部趋势变化较西部明显,夏冬两季在PAR年际变化中的贡献最大。华北地区在不同季节都是下降区域,而青藏高原西北地区在不同季节都表现为上升趋势。④ PAR年际变化率空间分布在不同时段差异明显,同一地区PAR年际变化率不仅在不同季节存在差异,而且在不同时段也不相同,总体上1990年代之前PAR下降较快,之后下降趋势变缓。     

利用MODIS影像和气候数据模拟中国内蒙古温带草原生态系统总初级生产力

温带草原生态系统与大气间的碳交换通量受到降水和土壤水分可利用性的强烈影响,时空变化显著．所以,整合卫星遥感和田间通量观测成为准确刻画中国北方内蒙古温带草原生态系统区域碳循环动态的重要基础．基于涡度相关通量观测系统提供的生态系统与大气间的碳交换通量数据,研究发现：对于内蒙古锡林郭勒温带草原试验站,遥感增强植被指数（EVI）与植被总初级生产力（GPP）的相关关系强于归一化植被指数（NDVI）与GPP的关系．因此,利用基于EVI的植被光合模型（VPM）对该站点的总初级生产力进行了遥感模拟,模型的输入包括增强植被指数,陆地表面水分指数（LSWI）,平均空气温度（勋）和光合有效辐射（PAR）．对比2003年5月到2005年9月的涡度相关通量观测数据和模型模拟结果发现：植被光合模型可以准确模拟研究时间段内总初级生产力的季节动态限（R^2=0．903,N=111,p〈0．0001）;研究时间段内模拟的总初级生产力为641．5g C．m^-2,仅高估了约6％,且植被光合模型模拟效果优于其他生产效率模型（比如：TURC,MODIS-PSN）．因此,引进改进的植被指数（比如EVI和LSWI）,植被光合模型可以成功模拟温带草原生态系统的总初级生产力,可能成为区域碳通量准确模拟的有效工具．     

社会经济系统水循环研究进展

水循环包括自然水循环和社会经济水循环两个方面。社会经济系统水循环指社会经济系统对水资源的开发利用及各种人类活动对水循环的影响。对目前国际国内关于社会经济水循环关注的主要问题 (水资源安全、水资源社会经济研究、人类活动对水循环的影响、水环境、水资源可持续管理和综合管理) 及其进展进行了评述。水资源安全的主要对策已由增加供给转变为水资源需求管理。增加社会参与和明晰水权是水资源管理体制改革的方向。水价在水资源管理中的重要作用得到越来越多的重视。水资源可持续管理和综合管理正逐步落实。水资源需求管理机制、水权水价等水资源管理制度设计、作为可持续水资源管理基础的生态需水问题和环境变化对水资源的影响,将是未来社会经济系统水循环研究的焦点。