北京城郊地区二氧化碳通量特征

利用位于北京市顺义气象局45 m气象塔上36 m高度的湍流观测资料,对该区域2008年11月1日至2009年10月31日共365d的二氧化碳通量(CO2)的时间变化和各方位的分布特征进行了分析研究,并计算了CO2年排放量。结果表明,CO2受交通因素和居民日常生活排放的影响较小,冬季耗能取暖会显著增加CO2的排放量;受供暖排放和植物生长季节光合作用的影响,冬季的CO2通量值在全天绝大多数时刻均高于其他季节,其日平均值为15.6μmol m-2s-1,显著高于春、夏、秋季的日平均值5.6、5.7和8.8μmol m-2s-1(t-test,P0.001)。各方向CO2通量值的大小与其源区内土地利用/覆盖方式以及建筑物的使用功能和使用性质密切相关,住宅楼、饭店、工厂、旅馆等人工建筑面积占比例越大,CO2排放量越大;而植被覆盖比例较高的方向CO2值较小。观测点周边区域是CO2的排放源,且年平均排放量达到13.6 kg m-2a-1,但低于同一时期北京市内高密度住宅区域的CO2年排放量。     

盐生荒漠地表水热与二氧化碳通量的季节变化及驱动因素

以古尔班通古特沙漠南缘原始盐生荒漠为对象,利用涡度相关法,对原始盐生荒漠地表水热、二氧化碳通量进行了连续观测,对通量的季节变化、浅层土壤水分条件改变对盐生荒漠植物群落水汽、二氧化碳通量以及水分利用效率的影响进行了系统的分析.结果表明:净辐射通量、潜热通量和二氧化碳通量都具有明显的季节变化趋势,而显热通量的季节变化不明显.在有效能量的分配上,显热通量是有效能量的主要输出项.在降水影响期和非影响期,二氧化碳通量没有明显的变化;而在非降水影响期潜热通量明显降低,表明土壤水分处于亏缺状态,但二氧化碳通量并没有降低的趋势,而与前期保持高度的一致性.以此可以推断,该荒漠盐生植物群落并不以降水为主要水分来源,降水后水汽通量和二氧化碳通量变化的不一致性是该原始盐生荒漠独特植物特征决定的.降水影响期原始盐生荒漠植物群落的水分利用效率低于非影响期,是由于降水后土壤蒸发迅速增加,而植物蒸腾与光合并未随之增加造成的.     

涡度相关观测的太湖CH4通量数据插补方法评价

涡度相关法是在湖泊开展CH₄通量长期连续观测的重要方法。受到多种因素的影响,CH₄通量观测数据存在大量缺失。为重构完整的CH₄通量时间序列,就需要适宜的数据插补方法。本研究利用太湖涡度通量观测网络东部的避风港站点2014—2017年的常规气象数据及涡度相关观测的CH₄通量数据,在分析半小时尺度以及日尺度CH₄通量影响要素的基础上,测试了非线性回归法以及随机森林算法和误差反向传播算法在半小时尺度及日尺度上插补CH₄通量缺失数据的可行性。结果表明: 在半小时尺度上,避风港站生长季CH₄通量主要受到底泥温度、摩擦风速、气温、相对湿度、潜热通量和20 cm处水温的影响,非生长季主要受到相对湿度、潜热通量、风速、感热通量和底泥温度的影响,而在日尺度上CH₄通量主要受潜热通量和相对湿度的影响。在对CH₄通量缺失数据的插补中,随机森林模型在所有时间尺度上都表现为最佳的插补性能,其中,将日序、太阳高度角、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压和风速作为输入变量的随机森林模型更适用于半小时尺度缺失数据的插补;将日序、底泥温度、摩擦风速、气温、20 cm处水温、相对湿度、气压、风速和向下短波辐射作为输入变量的随机森林模型更适用于日尺度缺失数据的插补;整体上,插补模型对日尺度缺失数据的插补优于半小时尺度。     

北京奥林匹克森林公园绿地碳交换动态及其环境控制因子

随着城市化进程的推进,城市公园绿地的面积也在不断地增加。在碳循环与气候变化研究中,以人工植被为主要存在形态的城市绿地生态系统,其潜在的碳汇功能亦不容忽视。基于涡度相关技术,于2011年12月1日至2012年11月30日对北京奥林匹克森林公园城市绿地生态系统进行了碳通量观测,以探讨城市绿地生态系统碳交换及其与环境因子的关系及其源/汇属性和强度。研究发现：奥林匹克森林公园绿地年总生态系统生产力（Gross ecosystem production, GEP）、生态系统呼吸（Ecosystem respiration, Re）、生态系统净生产力（Net ecosystem production, NEP）具有明显的季节变化,生长季（4月—11月）以吸收二氧化碳（CO2）为主,非生长季以释放CO2为主。Re随空气温度（Air temperature, Ta）呈指数增加,温度敏感性系数（Q10）为2.5;GEP也随Ta的升高而增加;GEP与Re对Ta的响应差异决定着NEP与Ta的关系：当Ta < 10.0 ℃时,NEP随Ta升高而下降;当Ta > 10.0 ℃时, NEP随Ta升高而增加。在生长季各月,日总GEP随日光合有效辐射（Photosynthetically active radiation, PAR）的升高而增加,生态系统光合作用表观光量子效率（α）和平均最大光合速率（Amax）也表现出明显的季节变化,最大值出现在7月,分别为0.083 μmol CO2/μmol PAR 和29.46 μmol/m2?s,最小值出现在11月,分别为0.017 μmol CO2/μmol PAR和4.16 μmol/m2?s。奥林匹克森林公园绿地全年GEP 、Re、NEP的年总量分别为1192、1028、164 g C/m2。该研究结果可用于估算、模拟预测相似城市生态系统在气候变化背景下生态系统净碳交换,可作为城市绿地生态系统管理与应对气候变化的重要理论基础。     

艾比湖荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征

选取新疆艾比湖湿地国家级自然保护区非生长季(2012年1月15日—3月15日、11月1日—12月14日、2013年11月1日—11月16日)通量观测数据,参考中国通量数据处理标准开展荒漠-湿地生态系统非生长季碳通量数据特征研究。结果表明:研究区非生长季碳通量观测数据存在大量"野点",占数据总量的37.39%,有效通量变化范围为-0.197—0.283 mg m-2s-1;平面拟合旋转(PF)校正具有较好的结果(R2=0.9349,P0.01),频率响应校正引起的碳通量增量为7.55%,水热校正影响较小;碳通量数据在不同质量等级分布较平均,大气湍流发展的充分性处于中等水平,夜间摩擦风速可划分为3级,在0 m/su*0.30 m/s内进行选择性剔除;传感器状态异常、检验分析和阈值分析剔除数据比例分别为26.34%、2.48%和8.57%;碳通量与5 cm土壤温度和太阳辐射不存在显著相关,采用线性内插和平均每日变异法可实现缺失数据的插补。     

溪流二氧化碳排放研究进展

陆源碳经内陆水体生态系统输出是全球碳循环的关键一环,其中溪流碳排放超过内陆水体平均碳排放,影响区域乃至全球碳收支.本文通过对前人的研究结果进行总结,归纳了当前溪流二氧化碳分压(pCO2)、二氧化碳排放通量(FCO2)的动态变化特征,二者均表现出明显的昼夜变化和季节变化特征,且随溪流分级的增大而减小;梳理了影响溪流pCO...     

利用大气二氧化碳和羰基硫浓度评估陆地生态系统模型碳通量模拟的不确定性

生态系统模型是模拟全球陆地生态系统碳循环的重要工具,但是其在全球不同区域的模拟存在很大的不确定性。如何评估陆地生态系统模型的不确定性是一项重要的研究。以北美地区为例,利用8个高塔观测站点同步获取的大气CO₂和羰基硫(OCS)浓度数据,结合WRF-STILT大气粒子扩散模型,评估了CASA-GFED3、SiB3和SiBCASA三种陆地生态系统模型模拟总初级生产力(GPP)和净生态系统CO₂交换(NEE)通量的不确定性。结果表明,SiB3模型能很好地模拟北美陆地生态系统GPP和NEE的季节变化时相和幅度,在3种模型中具有最佳的模拟能力;CASA-GFED3模型模拟的NEE季节变化较为理想、但对生长季GPP的模拟存在较大的误差,SiBCASA模型在模拟冬季晚期和春季早期的NEE和GPP时表现较不理想。研究证明了大气CO₂和OCS在评估陆地生态系统模型碳通量模拟的不确定性中的作用,为利用大气CO₂和OCS观测数据优化计算陆地生态系统光合和呼吸碳通量提供了理论支撑。     

城市公园绿地水、热与CO2通量观测与分析

水、热和CO2通量是评价城市绿地生态效益的重要指标。在北京海淀公园中部和边缘架设涡度相关系统,连续观测和定量研究城市公园绿地影响下的通量变化特征。结果表明,公园绿地所获得的净辐射在植被生长季节大部分用于植被的蒸散作用,潜热大于显热;而在植被非生长季节大部分用于显热,潜热数值非常小。晴天显热与潜热的比值在春季随着植被枝叶的生长逐渐减少,到夏季达到最小值约1/3,在秋季随着植被叶片枯黄逐渐变大,冬季达到数倍。公园绿地能量平衡率在52%～83%,普遍存在能量不平衡。公园中部的潜热观测值大于公园边缘,而显热小于公园边缘;公园中部CO2通量日均值为负,公园绿地是CO2汇。公园绿地在植被生长季节具有明显的降温增湿、吸收CO2等生态效应。     

北京公园绿地夏季温湿效应

选取北京典型的城市园林绿地--元大都城垣遗址公园北段不同覆盖率的乔-灌-草、乔-草型复层结构的公园绿地作为研究对象,以草坪型绿地作为对照,从水平和立体空间两个角度进行测试,研究局部绿地的覆盖率、复层结构对环境的温湿效应.结果表明:在夏季高温时段,绿地的温度随覆盖率的增加而降低,当覆盖率达到或高于60%时,其绿地才具有明显的降温增湿效果;覆盖率较高的乔-灌-草复合型绿地给环境带来的温湿度的空间影响范围较大,乔-灌-草复合型绿地的降温增湿效应好于草坪.合理的绿化结构及植物配置能使城市园林绿地较好地发挥其夏季的降温增湿效应,有利于改善城市热环境、减缓城市热岛效应.     

珠三角城市绿地CO2通量的季节特征

城市绿地是城市碳循环的重要组成部分,利用长期定位观测资料估算珠三角典型城市绿地的CO2通量,可以为应对气候变化、评价区域碳源汇提供参考。应用2009、2010年,东莞市植物园内的涡度相关法CO2通量定位观测资料,分析了净生态系统交换量(NEE)的年变化及其与气象要素的关系,结果表明:(1)年平均NEE总量为-104.2 gC.m-.2a-1,表明城市绿地生态系统具有固碳能力。(2)NEE随光温条件变化呈现明显的季节动态,12至3月表现为碳源,其他月份表现为碳汇。(3)根据白天NEE与光合有效辐射(PAR)逐月拟合Michaelis-Menten方程,得到年平均表观初始光能利用率(α)为(0.00134±0.00035)mgCO.2μmol-1光子,年平均光饱和生态系统生产力(Pmax)为(1.006±0.283)mgCO.2m-.2s-1。(4)利用夜间呼吸(Reco)与5 cm土壤温度(Ts)拟合指数方程,得到年平均Reco总量为1378.1 gC.m-.2a-1。(5)NEE与PAR、气温(Ta)和饱和水压差(VPD)的相关性分析显示,NEE与PAR偏相关系数的绝对值大于Ta和VPD,表明PAR对NEE的影响最大。     

城市绿地空间结构对绿地生态场的影响

国内外对城市绿地生态效应的研究主要有以下3个特点：一是基于GIS技术,在中尺度上（一般以一个城市作为研究对象）开展城市绿地与城市气候的相关分析;二是以绿地斑块为单位,观测比较不同结构绿地内部的小气候效应;三是基于植物蒸腾理论,通过计算绿色生长量估测不同结构绿地内的小气候效应.对自然生态系统的研究结果表明,城市绿地作为一个开放的生物系统,必将通过系统交换对绿地周围的环境产生影响.绿地与非绿地空间的系统交换过程不仅仅与植物的叶面积指数有关,还要受到绿地斑块的大小、几何形状、植物类型、生长密度与高度及周边环境和气候条件等因素的影响.尽管植物生态场理论的研究侧重对植物群落中个体的空间作用,尤其是相邻植物竞争过程的分析,但其理论构架和计算方法有可能为城市绿地生态效应的研究开辟一条新的路径. 试验者在太原市区选择了6个不同空间结构的绿地样地.使用温湿度记录仪观测了绿地周边的温湿度变化,并利用植物生态场理论作了分析.提出用生态场强、场梯度和场幅作为城市绿地生态效应的主要评价指标.其中,场强用绿地内侧5m处的测试数据与对照的差值来表示.其含义为绿地对周边环境温度或湿度的干扰强度.场梯度是指相邻两个数据的差值.场幅即场影响范围. 结果表明,绿地面积、林分和生长量等绿地空间结构因子对绿地的生态场特征都不同程度地产生影响.在其他结构因子相近或相同的条件下,当绿地面积达到一定时,随着面积的进一步增加,绿地降温和增湿的幅度（场幅）有降低的趋势.与片林相比,草坪的增湿效果好于降温效果.分析结果显示,利用生态场理论能够更好地描述城市不同空间结构绿地的生态效应及其差异.     

北京海淀区绿色空间PM2.5滞尘服务模拟

绿色空间能够有效吸附空气中的颗粒悬浮物,具有极其重要的PM_2.5滞尘作用.本研究基于植被的PM_2.5滞尘机理,提出了绿色空间的滞尘服务量化方法,并对北京市海淀区绿色空间的PM_2.5单日累积滞尘量,以及不同景观类型冬季、夏季和年滞尘总量进行了空间量化和对比研究.结果表明:海淀区绿色空间冬季的滞尘服务频率和最大单日滞尘量均低于夏季.全年来看,海淀区西部山林景观平均滞尘服务值最高;北部平原区由零散的林地斑块和农田斑块构成的田园景观年滞尘服务总量则最大;而南部城区除几个零星的公园绿地斑块外,大部分区域的滞尘服务是全区的最低水平.PM_2.5滞尘服务模型能够快速定量化绿色空间的滞尘量及其空间分布,对城市绿化建设及PM_2.5大气污染治理具有重要作用.     

济南城市绿地生态网络构建

城市绿地为城市生物多样性保护提供了重要的空间保障.改善与提高城市绿地生态网络的连接对保护城市生物多样性具有重要意义.以济南市为例,在GIS技术的支撑下,在考虑不同绿地斑块间的距离与景观阻力的基础上,采用最小路径方法,定量表征与模拟了研究区的潜在生态廊道,并基于重力模型和网络连接度指数,对绿地斑块间相互作用强度与生态网络结构进行了定量分析与评价.研究结果表明,风景林、滨水绿地和公园绿地是组成研究区生态网络的优势景观类型;济南绿地系统规划中的许多斑块在生态网络中起着"踏脚石"的作用,但占规划绿地面积的比例不高;不同绿地斑块间的相互作用强度差异显著,斑块之间相互作用强的绿地廊道在生态网络中的地位突出,对生物物种的丰富度、迁移与扩散等起着重要作用,而斑块之间相互作用弱的廊道景观阻力大,生境适宜性低,必须在未来的绿地系统规划中加以改善;网络结构越复杂,连接度与闭合度水平越高,对物种的迁移与扩散就越有利.因此,增加绿地斑块,优化绿地空间布局,改善绿地斑块间的连接,完善城市绿地网络是新一轮城市绿地系统规划的关键任务.研究结果可为城市建设者与规划者进行城市绿地系统规划提供科学的依据与参考信息.     

基于格兰杰因果实证的城市绿地与经济发展互动机制研究

城市绿地与经济发展的互动机制是社会-经济-自然复合生态系统和生态文明理论研究的重要内容。利用面板格兰杰因果关系检验和面板数据回归分析方法,对中国城市绿地与经济发展之间存在的因果互动关系开展实证研究。研究结果表明:(1)全国尺度上,城市建成区绿地率与人均GDP互为格兰杰原因,存在"正向循环反馈"的因果互动关系,即城市绿地水平的提高能够推动城市经济发展,而经济发展能够拉动城市绿地建设。城市绿地率与城市人均GDP的因果关系可以概括为"绿磁效应"(GME)和"需求效应"(GDE)。(2)区域尺度上,东部地区人均GDP与城市建成区绿地率存在单向格兰杰因果关系,人均GDP是城市绿地率增长的格兰杰原因,而城市绿地率不是人均GDP的格兰杰原因;(3)西部地区城市绿地率与人均GDP的交互强度最大,即西部"绿地-经济弹性"和"经济-绿地弹性"高于其他地区。东部地区通过扩大城市绿地率来提升经济发展的空间比较小,应着眼于提高城市绿地质量,中、西部地区城市绿地率较小,应在兼顾城市绿地质量的基础上提升城市建成区绿地率。本研究能够为城市绿地与经济发展的关系研究和城市生态规划与经济发展规划提供参考。     

基于电子导航地图POI的北京城区绿色空间服务半径分析

近年来,电子导航地图中的兴趣点（Point of Interest,POI）在城市地理与城市生态研究方面越来越受到重视。城市绿色空间对其居民的生产生活服务作用十分重要,城市绿地系统的配置是否科学对城市生态系统服务供需情况有着重要影响。利用北京城区五环以内的POI数据,采用核函数模拟出城市居民生产生活在空间分布上强弱程度的热力图,对该区域绿色空间实体不同半径服务区内的热力特征进行耦合分析。研究表明：北京市五环以内绿色空间实体500、750 m和1000 m典型服务半径的覆盖面分别占总面积的77.99%、91.55%和97.46%,从服务供给角度表现出空间分布格局相对均匀;但在绿色空间500 m服务半径内,仅覆盖了POI热力图中极高密度区中51.19%的地区,高密度区中54.78%的地区,中密度区中66.21%的区域,从服务需求角度表现出绿色空间分布格局明显不均衡。研究认为城市绿色空间在POI热度较高区域的主要商圈、人流密集区域匹配明显不足,需要通过增加绿地或疏解POI集中程度来缓解绿色空间供需矛盾。     

基于气温实地调查的城市绿地降温效应研究现状与未来展望

随着城市化进程的不断推进,城市热岛效应日益明显.城市绿地作为城市结构中的自然生产力主体,在缓解城市热岛效应方面发挥着极其重要的作用.然而,面对快速城市化进程和不断变化的环境,如何实现城市绿地的合理配置与前瞻性布局,从而实现其整体降温效应的最大化,进而改善城市环境与微气候,依然是一个亟待解决的难题.这迫切需要多尺度的城市绿地降温效应研究.本文对基于气温实地观测来探讨城市绿地降温效应的相关研究进行了系统梳理与总结,从城市绿地的面积与形状特征、植被结构特征、影响降温效应的外部因素3个方面深入探讨了影响绿地降温效应的主要因素,并从城市绿地降温的时间变化特征和距离衰减效应两方面总结了绿地降温效应的时空特征.在此基础上,指出了目前城市绿地降温效应研究存在的主要问题和未来研究展望.     

城市绿地年龄对土壤有机碳积累的影响

为了了解城市土壤有机碳积累的空间变化规律,从杭州市采集了48个点的绿地土样,采用化学和生物学分析方法研究了城市绿地土壤有机碳全量、颗粒状有机碳、黑碳、微生物生物量碳含量和代谢熵等随城市绿地年龄的变化。结果表明:与其他陆地生态系统相似,城市环境下人为的强烈干扰一旦停止和成土条件相对稳定后,绿地土壤将向一定方向发展;随着城市绿地年龄(即保持相对稳定的绿地景观的持续时间)的增加,土壤容重下降,有机碳全量和黑碳逐渐积累,并趋向稳定,土壤微生物生物量碳及其占有机总碳的比例逐渐增加,而代谢熵(qCO2)明显降低;表明作为成土因素之一的时间因素在城市绿地土壤演变和性质空间变异上起着重要的作用;随着人为干扰停止及城市绿地景观形成时间的增加,土壤受人为干扰的影响也逐渐减弱。