我国亚热带毛竹林生长季能量通量过程及闭合度分析

为探讨我国亚热带毛竹林(Phyllostachys edulis)生长季的能量平衡关系,利用开路涡度相关法,对2011年毛竹林生长季的能量通量的变化特征进行了研究,并应用能量平衡比率法和线性回归2种方法,分析了能量闭合的特点。结果表明,我国亚热带毛竹林生长季的净辐射总量为1738.2 MJ m–2,显热通量为354.3 MJ m–2,潜热通量为1146.0 MJ m–2,土壤热通量为58.9 MJ m–2,土壤为热汇,显热通量占净辐射的20.4%,潜热通量占65.9%,土壤热通量占3.4%。毛竹林生长季的能量闭合度为0.89,月平均闭合度为0.91,但仍有11%的能量不闭合。可见,毛竹林生长季以潜热能量散失形式为主,各能量分量均以净辐射变化为基础,且日变化基本呈单峰型曲线。     

高效经营雷竹林生态系统能量通量过程及闭合度

利用开路涡度相关系统和常规气象仪,对高效经营的雷竹林生态系统2011年的显热通量、潜热通量、净辐射、土壤热通量以及气温、地温、降雨量进行了观测,分析该生态系统能量通量的变化,以及各能量分量的分配特征,并计算了波文比及能量闭合.结果表明：雷竹林全年净辐射为2928.92 MJ·m^-2,潜热通量、显热通量和土壤热通量分别为1384.90、92754和-28.27 MJ·m^-2,各能量分量的日变化和月变化基本呈单峰曲线.潜热通量为能量散失主要形式,占净辐射的47.3%,显热通量占31.7%,波文比呈“U”型曲线,在0.285～2.062之间变化,土壤为热源.雷竹林年能量闭合度为0.782,月平均闭合度为0.808.
     

黄土高原半干旱草地地表能量通量及闭合率

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(简称SACOL站)2008年的湍流、辐射、土壤温度和通量梯度观测资料,分析了地表能量通量的日变化、季节变化及能量分配特征,讨论了典型黄土高原沟壑区土壤热量储存对地表能量闭合率的影响.结果表明:黄土高原半干旱草地全年获得的净辐射约为2.269×103 MJ/m2,感热、潜热和土壤热通量年总量分别为1.210×103 MJ/m2、1.117×103 MJ/m2和0.069×103 MJ/m2;能量平衡各分量季节变化明显,日变化呈单峰型.从各能量分量占净辐射的比例来看,黄土高原半干旱草地净辐射主要以感热形式加热大气.草原生长期的能量闭合率为86.8％,非生长期的能量闭合率为76.5％.与未考虑0-5cm深度的土壤热量储存相比,草原生长期能量闭合率提高了11.3％,非生长期能量闭合率提高了12.0％.     

西双版纳热带季雨林通量分配及能量平衡问题北大核心CSCD

为了探讨我国西双版纳热带季雨林的能量分配和平衡问题,利用涡度相关系统和常规气象仪器的连续监测结果,分析了不同季节的能量通量特征和闭合特点。结果表明,西双版纳热带季雨林全年的净辐射、潜热通量、显热通量、土壤热通量和热储存量分别是4546.07、2453.24、492.22、-10.47和45.93 MJ/m^(2),土壤为热源,潜热年总值占净辐射的54.0%,显热占10.8%,能量以蒸发散为主要的耗损形式。辐射和能量有明显的日变化和季节动态,各能量分量的日变化几乎都呈白天高夜间低的单峰趋势,反照率整体为0.10~0.12,波动不大;波文比季节差异明显,为0~0.8。热带季雨林的全年闭合度为0.67,未考虑热储量时,闭合度为0.51~0.79,考虑热储量为0.53~0.80。可见,在林冠茂密的热带季雨林中,热储量对能量闭合度的贡献不大,忽略热储量并不是导致能量不闭合的主要原因。     

黄河小浪底人工混交林生长季能量平衡特征

利用涡度相关系统和小气候梯度观测系统,对黄河小浪底人工混交林2012年生长季(5—9月)各能量通量进行了连续观测,分析了该生态系统能量平衡各项的变化特征,讨论了能量闭合状况。结果表明:潜热通量、感热通量和土壤热通量均与净辐射有类似的日变化特征。各项的绝对值大小表现为净辐射潜热通量感热通量土壤热通量。受日照时数的影响,5—9月能量平衡各项正值的日持续时间逐渐缩短。生长季,净辐射、感热通量和土壤热通量在6月份最大,最大值分别为418.5、231.4和12.5 MJ m-2month-1);潜热通量在7月份达到最大,最大值为320.8 MJ m-2month-1)。潜热通量、感热通量和土壤热通量占净辐射的比例分别在0.48—0.62、0.15—0.55、0.02—0.05之间。人工混交林生长季的能量分配主要以潜热通量和感热通量为主,且潜热通量为感热通量的2倍。波文比呈单峰曲线:6月最大,8月最小。黄河小浪底人工混交林生长季全天能量闭合度为79%。其中,白天闭合程度较高(81%),夜晚较低(41%)。本研究站点存在21%的能量不闭合。其原因可能与通量源区面积不匹配、忽略冠层热储存、湍流能的相位差等有关。     

亚热带-暖温带过渡区天然栎林的能量平衡特征

利用开路涡度相关系统和常规气象观测仪器观测了我国北亚热带-暖温带气候过渡带(河南南阳)的一片锐齿栎天然林的能量通量及常规气象。以一个完整年(2016年10月—2017年9月)的观测数据为依据,定量分析了此锐齿栎林的能量通量的日变化、季节变化以及各能量分量的分配特征,并计算了能量闭合度以及波文比。结果表明:锐齿栎林观测期间一整年净辐射为2626.17 MJ/m~2,感热通量为867.1 MJ/m~2,潜热通量为1417.25 MJ/m~2,土壤热通量为-2.60 MJ/m~2,土壤为热源;各能量分量日变化基本呈单峰型曲线,季节变化特征明显。非生长季,锐齿栎林的能量主要分配给感热通量,占净辐射的54.18%;生长季,能量主要分配给潜热通量,占净辐射的67.48%。观测期间研究区年降雨量较平均值稍大(1231.8 mm),森林蒸散量为579 mm,仅为降雨量的47%。波文比受森林物候变化影响较大,在非生长季平均值约为2.1,生长季约为0.2。土壤热通量在生长季2017年4—9月份为正值,土壤表现为热汇,其余月份皆为热源。土壤热通量的变化过程主要受净辐射调控,森林物候也起了一定的作用。河南宝天曼锐齿栎森林通量观测站全年能量闭合度为67%,在国际同类观测站的范围之内(55%—99%)。不能完全闭合的原因可能与通量源区面积不匹配、计算能量平衡时忽略冠层热存储等有关。     

科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征

利用2011年9月—2012年10月涡度相关数据和气象观测资料,对科尔沁温带草甸能量平衡的日季变化特征进行分析.结果表明:研究区涡度相关系统全年的能量平衡闭合度为0.77,不同时期能量平衡闭合度的大小顺序为:生长季裸土期积雪期.能量平衡各分量日变化均呈单峰曲线形式,净辐射日变化峰值出现在12:00前后,其余分量的峰值出现时间都稍有滞后.净辐射季节变化呈单峰曲线形式,年平均值为5.71 MJ·m-2·d-1.潜热通量季节变化趋势与净辐射相似,年平均值为2.84 MJ·m-2·d-1.感热通量季节变化呈双峰曲线形式,峰值分别出现在4月和9月,年平均值为1.87 MJ·m-2·d-1.土壤热通量的最大值(3.47 MJ·m-2·d-1)出现在4月,9月以后开始转为负值.全年能量平衡各分量收支比例的大小顺序为:潜热通量感热通量土壤热通量,潜热通量、感热通量和土壤热通量分别占净辐射的49.8%、35.8%和3.1%.全年波文比的季节变化近似"U"型,平均值为1.61;生长季数值较小且较为平稳,平均值为0.18;非生长季数值较大且波动较大,平均值为2.39.     

黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量特征

基于2011-2012年黄土高原农牧交错带稀疏自然植被生态系统的地表能量通量以及气象数据,对该地区能量平衡各分量(净辐射、感热、潜热和土壤热通量)以及波文比进行日、季节动态的特征分析,研究了潜热通量和感热通量对不同强度降雨事件响应程度的差异,并分析了潜热通量和感热通量的主控因子.结果表明:该地区净辐射、感热、潜热和土壤热通量的日、季节动态曲线均为单峰型曲线,净辐射、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年平均值分别为78.19、33.32、24.91和2.65 W·m-2.在全年能量收支平衡中,感热通量占净辐射的43％,潜热通量占32％,土壤热通量占3％,表明对于黄土高原农牧交错带自然稀疏灌木生态系统,全年能量主要以感热的形式交换.生长季感热和潜热占净辐射的比例相同(36％);而在非生长季,感热占主导,占净辐射的比例高达54％.潜热通量在强、弱降雨事件发生后明显升高,感热通量则明显下降.潜热通量与净辐射、水汽压差及植被参数均显著相关,感热通量与净辐射及空气温度梯度显著相关.     

九寨沟针阔混交林能量平衡特征

青藏高原及其周边地区的能量交换过程是推动我国及东亚地区天气过程演变与气候变化的重要因素。青藏高原及其周边山谷地区与青藏高原—四川盆地过渡区具有独特的大气边界层热力结构,其能量收支研究不可忽视,但由于长期观测数据的缺失,该地区的能量平衡特征尚未解明。以青藏高原东北边缘向四川盆地陡跌的过渡地带的典型亚高山河谷九寨沟的针阔混交林为研究对象,利用涡度相关系统,对九寨沟典型针阔混交林2014—2015年各能量通量进行了连续观测,分析了该生态系统能量平衡各分量的变化特征,讨论其能量闭合状况。结果表明:能量平衡各分量均与净辐射有相似的日变化、季节变化特征。与萌芽期、生长期、生长后期相比,冻土期各分量峰现时间均延迟2—3 h;而且各项绝对值大小在不同季节占比不同:冻土期和萌芽期显热通量为能量主要支出项;而生长期与生长后期潜热通量占主导地位。九寨沟2014与2015年生长期潜热通量占净辐射比值分别为0.69、0.75,远高于青藏高原其他地区。两年间研究区能量不闭合,能量闭合度分别为0.75,0.71。对于更好地理解高原山区和从高原到盆地的能量循环机理和动力学有着重要意义。     

东北阔叶红松林能量平衡特征

采用涡度相关法,结合小气候观测,对东北阔叶红松林的能量平衡特征进行了研究。结果表明,森林全年获得的辐射能量为2.3×109J/m2,平均净辐射(Rn)强度为72.1 W/m2,12月最小,平均为5.8W/m2,6月最大,平均为127 W/m2。除了受太阳高度角的支配,Rn对中小尺度天气变化响应显著。非生长季,森林主要能量支出项为感热通量(H),约占Rn的72%,H最大值出现在5月份;生长季,主要能量支出项为潜热通量(LE),约占Rn的60%,LE最大值出现在7月份。全年因蒸散消耗的能量为1.2×109J/m2,占净辐射的52%,森林蒸散的水量为493mm,占降水量的88%。波文比β近似呈U字型变化,其值受森林物候变化影响显著,在非生长季平均值约为3.0,生长季为0.5左右。土壤热通量(G)在非生长季表现为能量平衡方程的收入项,约占有效能量的5.0%;生长季表现为支出项,约占有效能量的4.0%,其变化过程与土壤温度梯度及叶面积指数密切相关。长白山通量观测站能量平衡收支闭合度为86%,不闭合的原因有待于进一步的研究。     

北方典型农牧交错带草地开垦对地表辐射收支与水热平衡的影响

以北方典型农牧交错带草原和农田生态系统的涡度相关数据为基础,对比分析了生长季两种不同土地利用类型的辐射和水热通量之异同,揭示了草地开垦影响地表辐射收支与水热平衡的机制。结果表明:在植被生长季(5月—9月),草地开垦引起太阳总辐射增加了10.74%,短波反射辐射减少了14.20%,净辐射增加了35.16%;在水热通量方面,草地开垦引起潜热通量日积分平均值增加了0.20MJ/m~2,同时显热通量减少了0.09 MJ/m~2;生长季内地表反照率减小,表征地表吸收太阳辐射增加,有升高气温的趋势;非生长季内地表反照率增加,有降低气温趋势,此外地表反照率与土壤湿度存在负指数关系;波文比在植被生长早期和末期增加,生长旺期减小,说明草地开垦与影响着近地表大气状态,从而改变了区域气候。     

Interannual and seasonal variations of energy and water vapor fluxes above a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China

The values and variation characteristics of energy components, their relationship with net radiation and the characteristics of water balance in the forest were analyzed, based on the observation data of energy fluxes, meteorological parameters and biomass in a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna from January 2003 to December 2004. The results show that annual net radiation was 3516.4 MJ/(m² · a) and 3516.6 MJ/(m² · a) in 2003 and 2004, respectively, of which 46% and 44% were used in latent heat flux, and 12% and 11% were lost as sensible heat flux. Annual mean canopy surface conductance was 10.3 mm/s and 10.0 mm/s in 2003 and 2004, respectively. Moreover, canopy surface conductance was lower in dry-hot seasons than in fog-cool and rainy seasons. Canopy surface conductance correlated significantly and positively with leaf area index, but negatively with water vapor pressure deficit. In general, canopy surface conductance was not affected directly by soil water content, but highly depended on soil moisture status when soil water content was below 0.15 m³/m³. Annual total evapotranspiration of this forest ecosystem in dry seasons was lower than that in rainy seasons, which was considered as one of the most important reasons that tropical seasonal rain forest could survive and flourish in Xishuangbanna at limit of water and heat.     

Interannual and seasonal variations of energy and water vapor fluxes above a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna, SW China

The values and variation characteristics of energy components, their relationship with net radiation and the characteristics of water balance in the forest were analyzed, based on the observation data of energy fluxes, meteorological parameters and biomass in a tropical seasonal rain forest in Xishuangbanna from January 2003 to December 2004. The results show that annual net radiation was 3516.4 MJ/(m² · a) and 3516.6 MJ/(m² · a) in 2003 and 2004, respectively, of which 46% and 44% were used in latent heat flux, and 12% and 11% were lost as sensible heat flux. Annual mean canopy surface conductance was 10.3 mm/s and 10.0 mm/s in 2003 and 2004, respectively. Moreover, canopy surface conductance was lower in dry-hot seasons than in fog-cool and rainy seasons. Canopy surface conductance correlated significantly and positively with leaf area index, but negatively with water vapor pressure deficit. In general, canopy surface conductance was not affected directly by soil water content, but highly depended on soil moisture status when soil water content was below 0.15 m³/m³. Annual total evapotranspiration of this forest ecosystem in dry seasons was lower than that in rainy seasons, which was considered as one of the most important reasons that tropical seasonal rain forest could survive and flourish in Xishuangbanna at limit of water and heat.     

鼎湖山针阔混交林旱季能量平衡研究

运用涡度相关(Eddycovariance,EC)法开路系统、常规微气象观测系统及土壤热通量板等设施对鼎湖山季风常绿阔叶林旱季(2003／1／9—2003／1／23)的能量分量进行测定。结果表明,平均净辐射通量(Net radiation,Rn)为53．14Wm^2,与下行短波辐射具有相同的变化趋势。林冠上层EC法潜热通量(Latent heat,LE)、显热通量(Sensible heat,Hs)实测平均值分别为57．18Wm^-2,43．40Wm^-2,林冠下层分别为12．61Wm^-2、7．61Wm^-2。白昼EC法所测得的LE和Hs数据与利用波文比．能量平衡法(Bowen ratio and energy balance,BREB)计算出的数据相比,略偏低,而夜间及凌晨数据差异较大。土壤热通量日变化曲线呈“S”形,平均土壤热通量为．1．50Wm^-2,表面土壤总热通量(Gt)仅为5cm处土壤热通量的84．0％,可见表层土壤尽管很薄,但其热储量不能忽略。将LE、Hs之和与可供能量(Rn—Gt)进行闭合,回归直线斜率为0．9128,相关系数达0．8517,与许多研究结果的60％-90％的区间相符,这说明鼎湖山涡度相关法通量观测数据是非常可靠的。     

玉米农田水热通量动态与能量闭合分析

 基于锦州农田生态系统野外观测站玉米农田涡度相关系统近2年的水热通量观测数据，分析了玉米农田水热通量的日际、年际变化特征及其能量 平衡状况。结果表明： 1）玉米农田水热通量日变化与年变化均呈单峰型二次曲线，峰值出现在12∶00～13∶00左右，与净辐 射的日变化、年 变化同步，潜热通量最大可达到655 w•m^－2（出现在2004年7月8日1 3∶00），显热通量最大值大约为369 w•m^－2（出现在2004年5月31日13∶ 00）。2）玉米农田水热通量强度与局地的环境条件密切相关：显热通量与大气压的年变化呈负相关，潜热通量与气温年变化呈正相关。水热通 量受降水的影响较大，对降水的反应较敏感。其中，潜热通量(LE)不仅与降水的强度有关，而且随着降水的季节分布的不同而出现不同的响应 ，即使同样量级的降水在夜间与白天对LE的影响也是不同的。3）玉米农田通量观测呈现能量不闭合现象，主要原因可能是未包含0～5 cm土壤 热储量与冠层热储量，造成大约15.5%的能量损失。