涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

通量观测是定量描述土壤-植被-大气间物质循环和能量交换过程的基础。涡度相关技术作为直接测量植被冠层与大气间能量与物质交换通量的技术手段,已经逐步发展成为国际通用的通量观测标准方法。随着涡度相关技术在全球碳水循环研究中的广泛应用,长期连续的通量观测正在为准确评价生态系统碳固持能力、水分和能量平衡状况、生态系统对全球气候变化的反馈作用、区域和全球尺度模型的优化与验证、极端事件对生态系统结构与功能影响等方面的研究提供重要数据支撑和机制理解途径。通过站点尺度通量长期动态观测,明确了不同气候区和植被类型生态系统碳水通量强度基线及其季节与年际变异特征。通过多站点联网观测,在区域和全球尺度研究生态系统碳通量空间变异特征,揭示了区域尺度上温度和降水对生态系统碳通量空间格局的生物地理学控制机制。该文概括地介绍了涡度相关技术的基本原理、假设与系统构成,总结了涡度通量长期联网观测在陆地生态系统碳水通量研究中的主要应用,并对通量研究发展前景进行了展望。     

中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性

涡度相关技术是测定大气与陆地生态系统之间CO₂交换、水分和能量通量最直接的方法,可用于研究土壤、植被与大气间的CO₂交换及其调控机制。收集了11个影响净碳交换量的主要变量信息,包括气象因素、土壤因素和地形因素的非生物因子、实际植被状态以及植被生产力,采用多元地理变量空间聚类分析方法,绘制出不同聚类数（25、50、75、85、100、150和200类）的通量生态区。结合中国现有通量观测站点的空间分布格局,与新生成的通量生态区和已有的自然地理区划进行对比分析,发现由于中国地形复杂,生态系统类型多样,现有85个涡度相关通量观测站点仅能刻画部分中国生态系统类型的净碳交换量时空特征,通量生态区划分为100-150类比较合适。考虑到涡度相关通量观测运行成本,通量站点可增加至150个,从而使得优化后的通量观测网络能够代表中国主要类型的生态系统,并且有利于通量观测数据与遥感资料的有效结合,提高碳水通量观测从站点扩展到区域尺度的精度,从而更好地检验过程机理模型的模拟结果。     

基于涡度相关技术的城市碳通量研究进展

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.准确认识城市系统碳收支状况及其变化特征,是开展城市碳循环过程及其影响机制研究的前提.本文从涡度相关技术理论基础及城市大气边界层与碳循环特征出发,系统总结了利用涡度相关技术开展城市地表-大气间碳通量监测所面临的问题、后期数据处理和评价的主要方法,以及目前涡度相关技术在城市碳通量监测中的应用现状及主要研究进展.现有研究成果表明,城市系统总体表现为碳源,受城市交通流量、生活供暖及植被生长的影响,城市地表-大气间CO₂交换存在明显的日、周及季节变化特征.然而,由于城市下垫面的高度异质性及复杂碳源汇分布,涡度相关技术获取的城市碳通量特征及其解释还存在较大的不确定性.今后需加强复杂城市环境下涡度相关通量观测技术与评价方法研究,从系统整体性出发构建城市系统碳循环模拟模型,结合空间化技术手段,深入开展城市区域尺度碳循环影响机制及其变异特征的客观评价.     

区域尺度无人机涡动相关通量观测系统的应用研究

陆地生态系统的水热循环与碳循环是陆地表层系统中物质能量循环的核心,其中区域尺度地表水、热、碳通量的直接观测是当下陆地生态系统通量观测与模拟研究中的热点与难点。机载涡动相关方法能够直接观测区域尺度生态系统通量,基于无人机平台的涡动相关通量观测技术同时兼具了区域覆盖性与经济灵活性等优点,是机载通量观测技术的最新发展方向。在介绍机载涡动相关通量观测方法的主要技术原理、观测特点以及无人机通量观测系统组成的基础上,通过在相对均匀的区域开展无人机与地面通量观测对比试验,采用谱分析、观测结果对比以及源区分析等方式对无人机通量观测系统的性能进行了初步评价。结果表明：无人机通量观测系统能够实现对大气高频湍流信号的有效采样;无人机与地面观测的湍流通量具有较好的一致性,但是感热和CO₂通量出现了低估、潜热和摩擦风速出现了高估;观测平台与仪器的差异、垂直通量辐散、大气边界层条件、不同的地面源区及地表异质性的影响是造成二者差异的潜在主要因素。最后对未来研究目标进行了展望,以进一步推动该技术在相关领域中的应用。     

Contribution of plant traits to the explanation of temporal variations in carbon and water fluxes in semiarid grassland patches

准确预测异质性景观碳水通量的时空变化,对于综合理解气候变化和植被动态对景观和区域碳水循环的影响至关重要。本研究通过野外观测试验来探究草地斑块碳水通量的季节变化及其与非生物和生物因子之间的关系。在生长季通过密闭同化箱法测定了三个类型草地斑块的日间碳水通量(包括生态系统净交换、总生态系统生产力、生态系统呼吸和蒸散发),同时测定了关键植物性状指标,并计算性状加权平均值和功能分异度。研究结果表明,碳水通量的时间变化受气象因子、土壤因子和群落功能性状的影响。考虑植物功能性状加权平均值和功能分异度可以极大地提高景观尺度碳水通量变异的解释度。比叶面积和叶片δ¹³C含量是影响气体通量变化的重要性状指标。群落加权平均值对碳通量的预测能力优于功能分异度,而功能分异度对蒸散发的解释度更高。我们的研究结果表明,生物量比假说和互补效应假说互不排 斥,但两者对不同的生态系统过程的相对重要性不同,群落功能性状对半干旱草地碳水通量时空变化的机理解释和模型预测具有重要作用。     

用于测定陆地生态系统与大气间CO2交换通量的多通道全自动通量箱系统

陆地生态系统与大气间CO2交换是全球碳循环的最重要组成部分,科学地测定其CO2交换通量一直是陆地生态系统碳循环研究的核心工作之一。提高观测的效率和减少观测对自然的干扰,是科学精确地估算区域和全球尺度上的陆地生态系统与大气间CO2交换量的关键。在参考国内外已有的陆地生态系统与大气间CO2交换通量箱式法观测技术的基础上,发展了一套多通道全自动通量箱系统用来连续观测陆地生态系统或土壤与大气间的CO2交换通量。在黄土高原中国科学院长武农业生态试验站的麦田和苹果园中进行了系统测试,结果表明,该系统不但能够实现自动、连续、多点观测,而且对自然环境的影响比较小,在田间的实验观测中,该系统运行稳定,能够比较客观地得到陆地生态系统与大气间的CO2交换通量。     

温带混交林碳水通量模拟及其对冠层分层方式的响应——耦合的气孔导度-光合作用-能量平衡模型

利用Leuning建立的耦合的光合作用、气孔导度和能量平衡方程,以将冠层分成多层的方式,包括Gaussian五点积分法、将冠层平均分为多层的方法,逐层计算温带混交林的碳水通量,最后累加至冠层尺度,以模拟CO2和H2O通量。该模型以常规气象观测数据作为驱动变量,计算出冠层与大气之间的碳水交换,与涡动相关系统的通量观测数据进行比较,分析了不同的冠层分层方式对多层模型模拟结果的影响。从3个温带混交林通量站涡动相关系统的能量平衡闭合度来看,中国长白山站CBS、韩国GDK和日本MMF站点的能量平衡比率(EBR)分别为0.76、0.66和1.07,居于国际同类观测范围(0.34—1.2)的中上水平,因此,涡动相关系统的观测数据较为可靠。从碳水通量的日变化来看,用Gaussian五点积分法将冠层分为五层的模型能较好的模拟碳水通量的"单峰形"日变化趋势。夜间Fc为负值且变化趋势较为平缓,表明生态系统进行呼吸作用释放CO2,从日出开始Fc逐渐变为正值,表明生态系统进行光合作用吸收CO2,Fc在中午时分达到最大值,下午Fc逐渐减小,日落之后又回复到夜间的负值。H2O通量的日变化曲线与CO2通量相似,且模拟值与涡动相关实测值具有较好的一致性。在多层模型中,对冠层采用不同的分层方法,对碳水通量模拟结果有一定的影响。以Gaussian五点积分法将冠层分为五层的方法作为对照,分别将冠层平均分为2、5、10、20层的方法得到的碳水通量与其进行比较。从平均值来看,分层越多,H2O通量模拟值越低,而CO2通量模拟值越高。不同的分层方法产生的差异,主要来自于不同层的辐射吸收、温湿度、风速等环境要素的垂直廓线差异,且叶片光合作用对光的响应是非线性的。     

基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟

人工林生态系统是我国森林生态系统的重要组成部分,在全球碳平衡中的作用越来越受到重视.利用千烟洲亚热带人工针叶林通量观测站的碳水通量和气象观测数据,通过模型数据融合方法对碳水循环过程模型——SIPNET模型关键参数进行反演,模拟了2004-2009年千烟洲人工林生态系统的碳水通量.结果表明:仅用碳通量观测数据优化模型参数时,净生态系统碳交换量(NEE)模拟效果较好(R2=0.934),而生态系统蒸散(ET)模拟效果较差(R2=0.188);同时用碳水通量观测数据优化时,NEE模拟效果稍差(R2=0.929),但ET模拟效果显著提升(R2=0.824),说明利用碳水通量观测数据同时优化,SIPNET模型才能较好地模拟试验站点碳水通量.在此基础上,开展了人工林生态系统碳通量对降水变化响应的敏感性分析,发现降水量减少对光合作用的影响比对呼吸作用的影响更为强烈,且碳水通量同时参与优化时模型才能较好地模拟碳通量随降水减少而快速降低的趋势,表明如果不能同时利用碳水通量进行参数优化,模型无法正确揭示生态系统碳循环对降水变异的响应.     

通量梯度法在温室气体及同位素通量观测研究中的应用与展望

通量梯度法与涡度相关法均是微气象学的物质和能量通量观测方法, 在没有高频气体分析仪或下垫面风浪区较小的情况下, 通量梯度法可以有效观测生态系统(或土壤)与大气之间的温室气体及其同位素通量, 同时也可以作为涡度相关法的配套观测和有益补充。该文回顾了通量梯度法的基本原理、概念和假设, 重点综述了温室气体浓度梯度以及相关湍流扩散系数的观测与计算的方法和理论, 概述了通量梯度法在森林、农田、草地、湿地和水体等生态系统观测温室气体通量的应用进展, 特别是在稳定同位素通量观测中的应用, 最后从影响温室气体和同位素的浓度梯度以及湍流扩散系数测定与计算等方面概述了应用注意事项及建议。     

基于CiteSpace的陆地生态系统碳水耦合研究现状及趋势

在全球气候变化的背景下,陆地生态系统碳水耦合研究已引起世界各国学者和研究机构的广泛关注。基于Web of Science核心数据库,运用文献数据可视化应用软件CiteSpace对国际上有关陆地生态系统碳水耦合的研究现状进行分析,旨在探究研究热点及趋势,归纳研究主题演进,了解当前国际研究前沿。研究发现:(1)1999—2018年,关于陆地生态系统碳水耦合的研究论文数量呈现快速增加的趋势,后10年的增加速度快于前10年;形成了以Black TA、Yu GR、Chen JQ为主的核心作者群;中国科学院、中国科学院大学、美国林业局、加州大学伯克利分校、俄勒冈州立大学等发文数量居前的研究机构。(2)从共被引期刊和研究领域可以看出,陆地生态系统碳水耦合研究涉及环境科学与生态学、生态学、环境科学、气象与大气科学、林学、农学及水资源等领域,体现出综合性和交叉性特点。(3)在全球气候变化背景下,目前陆地生态系统碳水耦合关系的研究主要以通量观测站为依托,结合模型模拟、稳定同位素技术、涡度相关技术等研究手段,将单个通量站点联合扩展到多点联网格局,并结合GIS、遥感和模型等方法在面上进行观测与模拟,从而构建更大尺度的碳水资源评价模型。拓展和推移研究的空间尺度,预测时间尺度上的变异规律是近年来新兴的研究热点。     

Response and adaptation of terrestrial ecosystem processes to climate warming

陆地生态系统包含一系列时空连续、尺度多元且互相联系的生态学过程。由于大部分生态学过程都受到温度调控, 因此气候变暖会对全球陆地生态系统产生深远的影响。近年来, 全球变化生态学的基本科学问题之一是陆地生态系统的关键过程如何响应与适应全球气候变暖。围绕该问题, 该文梳理了近年来的研究进展, 重点关注植物生理生态过程、物候期、群落动态、生产力及其分配、凋落物与土壤有机质分解、养分循环等过程对温度升高的响应与适应机理。通过定量分析近20年来发表于主流期刊的相关论文, 展望了该领域的前沿方向, 包括物种性状对生态系统过程的预测能力, 生物地球化学循环的耦合过程, 极端高温与低温事件的响应与适应机理, 不对称气候变暖的影响机理和基于过程的生态系统模拟预测等。基于这些研究进展, 该文建议进一步研究陆地生态系统如何适应气候变暖, 更多关注我国的特色生态系统类型, 并整合实验、观测或模型等研究手段开展跨尺度的合作研究。     

Strategies for measuring and modelling carbon dioxide and water vapour fluxes over terrestrial ecosystems

Continuous and direct measurements of ecosystem carbon dioxide and water vapour fluxes can improve our ability to close regional and global carbon and hydrological budgets. On this behalf, an international and multidisciplinary group of scientists (micrometeorologists, ecophysiologists and biogeochemists) assembled at La Thuile, Italy to convene a workshop on ‘Strategies for Monitoring and Modelling CO₂ and Water Vapour Fluxes over Terrestrial Ecosystems’. Over the course of the week talks and discussions focused on: (i) the results from recent field studies on the annual cycle of carbon dioxide and water vapour fluxes over terrestrial ecosystems; (ii) the problems and pitfalls associated with making long-term flux measurements; (iii) alternative methods for assessing ecosystem carbon dioxide and water vapour fluxes; (iv) how direct and continuous carbon dioxide and water vapour flux measurements could be used by the ecological and biogeochemical modelling communities; and (v) if, how and where to proceed with establishing a network of long-term flux measurement sites. This report discusses the purpose of the meeting and summarizes the conclusions drawn from the discussions by the attending scientists. There was a consensus that recent advances in instrumentation and software make possible long-term measurements of carbon dioxide and water vapour fluxes over terrestrial ecosystems. At this writing, eight research teams have conducted long-term carbon dioxide and water vapour flux experiments and more long-term studies are anticipated. The participants advocated an experimental design that would make long-term flux measurement valuable to a wider community of modelers, biogeochemists and ecologists. A network of carbon dioxide and water vapour flux measurement stations should include ancillary measurements of meteorological, ecological and biological variables. To assess spatial representativeness of the long term and tower-based flux measurements, periodic aircraft-based flux experiments and satellite-based assessments of land cover were recommended. Occasional cuvette-based measurements of leaf-level carbon dioxide and water vapour fluxes were endorsed to provide information on the biological control of surface fluxes. They can also provide data to parameterize ecophysiological models. Flask sampling of stable carbon isotopes was advocated to extend the flux measurements to the global scale.     

区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程研究进展

地球系统的碳库和碳循环过程变化是影响气候系统的重要因素,而陆地生态系统的碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析领域的科学研究热点。回顾了过去几十年区域尺度陆地生态系统碳循环和碳收支研究领域的国际前沿及其关键科学问题,并分析了我国在该研究领域的科技需求和发展方向。当前国际科学研究的热点和前沿领域主要包括:生态系统和区域碳储量和碳收支的清查、综合计量与碳汇认证,陆地生态系统碳通量的联网观测及其循环过程机制,陆地生态系统碳循环过程对气候变化响应野外控制试验,陆地生态系统水、碳、氮循环及其耦合关系机制和模拟模型研究等,同时指出在这些研究领域依然存在且急需解决的关键科学问题。我国近期的科技工作重点工作应该是努力构建天-地-空一体化的碳储量和碳收支动态监测体系、开展生态系统碳-氮-水耦合循环及其区域调控管理的前瞻性研究,定量评价中国生态系统的碳收支状况和增汇潜力,评估各种典型生态系统增汇技术的经济效益,为国家尺度的温室气体管理和碳交易机制与政策体系的建立提供可报告、可度量和可核查的科学数据和技术支持。     

新一代遥感技术助力生态系统生态学研究

随着气候变化和人类活动的加剧, 生态系统正处于剧烈变化中, 生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律, 应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据, 难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法, 遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点, 弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征, 反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素, 已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来, 随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展, 个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟, 新一代遥感技术正在推动遥感信息“二维向三维”的转变, 为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁, 这也给生态系统生态学带来了新的机遇, 推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此, 该文从生态系统生态学角度出发, 重点关注陆地生态系统中生物组分, 并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面, 结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态, 阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。     

Temporal changes of vegetation water use efficiency and its influencing factors in Northern China

水分利用效率(WUE)既是衡量植被生长适应性的重要指标, 也是连接生态系统水碳循环的纽带。认识不同类型植被WUE的时间变化特征及驱动机制有助于增进对生态系统水碳循环过程的理解。已有研究表明, 在不同时间尺度下, WUE呈现不同的时间变化特征, 但现有研究多是集中在单一的时间尺度下开展的, 对不同植被类型在不同时间尺度下的动态变化及影响因子分析开展得较少。该研究选用中国北方地区9个定位观测台站的通量与气象数据, 分析了WUE的日内变化和季节变化特征, 并在0.5 h、1 d、8 d以及月尺度下, 分别分析了气温(T_a)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)以及光合有效辐射(PAR)等非生物因子对WUE的影响。同时, 该研究也分析了植被叶面积指数(LAI)和降水(P)对WUE的影响。研究发现: (1) WUE的日变化呈现不对称的“U”型特征, 日出时的WUE普遍高于日落时。荒漠地区WUE的季节变化呈“U”型, 而其他站点呈现单峰型。不同站点WUE的季节变化可以分为总初级生产力(GPP)主导型和蒸发散(ET)主导型, 并随着时间尺度的扩大, GPP或ET的主导作用逐渐增强。(2)在较短的时间尺度(0.5 h、1 d)上, T_a、RH、VPD和PAR是影响WUE变化的主要因子, 但随着时间尺度的扩大, T_a和RH成为影响WUE变化的主要因子, 并且与WUE的相关关系受GPP或ET对WUE主导作用的影响, 随着时间尺度增大, T_a和RH与WUE的线性关系更加显著。(3) WUE大体上随LAI的增加而增加, 但当LAI超过一定值时, 在长白山、海北和张掖站, WUE对LAI的敏感性降低。降水与WUE的关系在研究区域内并不显著。(4)不同植被类型的WUE由大到小依次为森林、农田、草地、湿地和荒漠。     

Carbon and water fluxes in ecologically vulnerable areas in China

Ecologic vulnerable areas (EVAs) are the regions where ecosystems are fragile and vulnerable to suffer from degradation with external disturbances, e.g. environmental changes and human activities (Feng et al. 2022; Wang et al. 2019). EVAs in China are widely distributed and account for more than 55% China’s land area (Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China 2008). The ecosystem in EVAs, chartered with low stability, weak resistance and high vulnerability, has been experiencing significant degradation owing to the impacts of global climate change and human activities (Bai et al. 2018; Chen et al. 2021; Yu et al. 2022). The EVAs in China are not only the most serious areas of environmental degradation, but also the most poverty-stricken regions (Wang et al. 2019). Harsh environmental condition (drought, low temperature and strong radiation) and limited resource supply (water, soil nutrients, etc.) constrain the vegetation productivity and ecosystem services of EVAs (Li et al. 2021). Climate change adds new challenges with warmer temperatures, changing rainfall regime and increasing frequency of extreme events (drought, heat wave, storms, etc.), which make it is more difficult to predict the changes of ecosystem processes and functions in future scenarios (Piao et al. 2020; Reid et al. 2014). Carbon and water fluxes are the core ecosystem processes, which is linked to diverse ecosystem services (Lian et al. 2021). Therefore, clarifying the variations and controls of ecosystem carbon and water fluxes is an effective approach to clarifying how ecosystem respond to global change in EVAs (Baldocchi 2020). As the only technique can directly measure the carbon, water and energy fluxes between vegetation and atmosphere, eddy covariance technique has been considered as a standard method for flux observations (Chen et al. 2020). By integrating long-term, eddy covariance measurements over time and space, researches are able to assess ecosystem metabolism at different time scales (hours to decades) (Forzieri et al. 2020; Han et al. 2020; Jung et al. 2017). Eddy covariance measurements also produce information on how ecosystem respond to the changes in climate, which is useful for assessing ecosystem carbon sequestration (Hu et al. 2018), water and energy balance (Forzieri et al. 2020), resource use efficiency (Liu et al. 2019) and ecosystem feedback to climate change (Huang et al. 2019; Piao et al. 2020; Yue et al. 2020). Long-term flux measurements are also vital for detecting the responses of ecosystem functions to extreme events, optimizing and validating models on regional and global scales (Baldocchi 2020). Combining with remote sensing and ecosystem modeling techniques, scientists can upscale and evaluate the functional relations between carbon and water fluxes with environmental variables at high resolution and across diverse spatial/temporal scales (Niu et al. 2017; Xia et al. 2020).     

稳定性同位素技术与Keeling曲线法在陆地生态系统碳/水交换研究中的应用

稳定性同位素技术和Keeling曲线法是现代生态学研究的重要手段和方法之一。稳定性同位素能够整合生态系统复杂的生物学、生态学和生物地球化学过程在时间和空间尺度上对环境变化的响应。Keeling曲线法是以生物过程前后物质平衡理论为基础,将CO₂或H₂O的同位素组成(δD、δ¹³C或δ¹⁸O)与其对应浓度测量结合起来,将生态系统净碳通量区分为光合固定和呼吸释放通量,或将整个生态系统水分蒸散区分为植物蒸腾和土壤蒸发。在全球尺度上,稳定性同位素技术、Keeling曲线法与全球尺度陆地生态系统模型相结合,还可区分陆地生态系统和海洋生态系统对全球碳通量的贡献以及不同植被类型(C₃或C₄)在全球CO₂同化量中所占的比例。然而,生态系统的异质性使得稳定性同位素技术和Keeling曲线法从冠层尺度外推到生态系统、区域或全球尺度时存在有一定程度的不确定性。此外,取样时间、地点的选取也会影响最终的研究结果。尽管如此,随着分析手段的不断精确和研究方法的日趋完善,稳定性同位素技术和Keeling曲线法与其它测量方法(如微气象法)的有机结合将成为未来陆地生态系统碳/水交换研究的重要手段和方法之一。     

Satellite Ecology (SATECO)—linking ecology,remote sensing and micrometeorology,from plot to regional scale,for the study of ecosystem structure and function

There is a growing requirement for ecosystem science to help inform a deeper understanding of the effects of global climate change and land use change on terrestrial ecosystem structure and function, from small area (plot) to landscape, regional and global scales. To meet these requirements, ecologists have investigated plant growth and carbon cycling processes at plot scale, using biometric methods to measure plant carbon accumulation, and gas exchange (chamber) methods to measure soil respiration. Also at the plot scale, micrometeorologists have attempted to measure canopy- or ecosystem-scale CO₂ flux by the eddy covariance technique, which reveals diurnal, seasonal and annual cycles. Mathematical models play an important role in integrating ecological and micrometeorological processes into ecosystem scales, which are further useful in interpreting time-accumulated information derived from biometric methods by comparing with CO₂ flux measurements. For a spatial scaling of such plot-level understanding, remote sensing via satellite is used to measure land use/vegetation type distribution and temporal changes in ecosystem structures such as leaf area index. However, to better utilise such data, there is still a need for investigations that consider the structure and function of ecosystems and their processes, especially in mountainous areas characterized by complex terrain and a mosaic distribution of vegetation. For this purpose, we have established a new interdisciplinary approach named ‘Satellite Ecology’, which aims to link ecology, remote sensing and micrometeorology to facilitate the study of ecosystem function, at the plot, landscape, and regional scale. This article was contributed at the invitation of the Editorial Committee.     

Characteristics of water and carbon fluxes during growing season in three typical arid ecosystems in central Asia

亚洲中部干旱区地处欧亚大陆腹地, 干旱少雨, 生态环境十分脆弱, 研究该地区大气与地表之间的能量和物质交换对干旱区水资源利用和生态环境保护具有重要意义。该文分析了亚洲中部干旱区荒漠与草地生态系统能量、水汽和CO₂通量的日变化及季节变化特征, 探究了水汽和CO₂通量对主要环境因子的响应。通过分析亚洲中部干旱区3个站点的涡度相关资料发现: 亚洲中部干旱区荒漠和草地生态系统在生长季(4-10月)能量、水汽通量、净CO₂通量和总初级生产力的日变化呈“单峰型”, 而荒漠生态系统呼吸日变化相对稳定; 草地生态系统白天的潜热通量占净辐射通量的比例明显高于荒漠生态系统; 草地生态系统在5-8月呈现较强的碳汇, 而荒漠生态系统表现为弱碳汇。亚洲中部干旱区草地和荒漠生态系统水汽通量和总初级生产力对降水、净辐射通量或光合有效辐射、饱和水汽压差、气温均表现出明显的敏感性。