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.     

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。     

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。     

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。     

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％.     

亚热带毛竹林生态系统能量通量及平衡分析

利用开路涡度相关系统和常规气象观测仪器,对亚热带(浙江省)毛竹林生态系统2011年的净辐射、显热通量、潜热通量、土壤热通量以及气温、地温、降雨量等气象要素进行了连续观测,定量分析了毛竹林生态系统能量通量的变化和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:毛竹林全年净辐射为2628.00 MJ/m2,显热通量为576.80 MJ/m2,潜热通量为1666.77 MJ/m2,土壤热通量为-7.52 MJ/m2,土壤为热源,各能量分量季节变化明显,日变化基本呈单峰型曲线变化。显热通量占净辐射的22.0%,潜热通量占63.4%,毛竹林生态系统潜热通量为能量散失的主要形式。波文比逐月变化规律不明显,波动较大,在0.07—1.77之间变化,能量平衡比率法得出毛竹林年能量闭合度为0.85,月平均闭合度为0.84,能量闭合度高于线性回归法计算结果,但仍有15%的能量不闭合。     

内蒙古温带荒漠草原生态系统水热通量动态

基于2008年全年内蒙古温带荒漠草原的水热通量观测数据,对荒漠草原水、热通量的日、季动态进行了分析.结果表明：温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日动态均呈单峰型曲线,在12:00-13:30左右达最大值,其与地表净辐射的日变化趋势基本一致,但感热和潜热的峰值出现时间较地表净辐射峰值出现时间滞后约1 h;温带荒漠草原感热通量和潜热通量的日累积最大值分别为319.01和425.37 W·m^-2,分别出现在5月30日和6月2日;月均感热通量与潜热通量的最大值分别出现在5月和6月,最小值分别出现在1月和12月.研究区土壤含水量与降水的相关性较好,表层土壤含水量对降水的反应最敏感,深层土壤水分对降水的反应存在位相滞后.感热通量和潜热通量的季节动态与地表净辐射基本一致,均受降水影响.感热通量受地表净辐射的影响明显,而潜热通量对降水的反应较敏感,且土壤含水量在潜热通量中起主要作用.     

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.
     

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。     

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。     

长白山阔叶红松林生长季热量平衡变化特征

根据长白山阔叶红松林2001年5月下旬至10月上旬微气象梯度观测资料和辐射、土壤热通量资料,用波文比-能量平衡方法(BREB方法)计算了森林的显热通量和感热通量,并计算了森林大气和植被体的储热量,分析了阔叶红松林热量平衡各项的日变化和季节变化,结果发现,热量平衡(净辐射)与太阳总辐射呈线性关系;热量平衡各项都与净辐射有相同的日变化特征,为昼正夜负的曲线．各项的绝对值一般表现为净辐射>潜热通量>感热通量>储热变化．受日照时间的影响,6～10月各分量正值的日持续时间逐渐缩短．月平均结果,白天净辐射6月份最大,10月上旬最小,变化于0～527W·m^-2,夜间的净辐射在0～-121W·m^-2．潜热通量白天和夜间分别在0～441、0～-81W·m^-2,感热通量昼夜分别在0～80、0～-26W·m^-2．储热变化则为0～44、0～-26W·m^-2．白天潜热通量占净辐射的比例8～10月逐渐下降,而感热通量和储热变化的比例9～10月明显上升,特别在严霜后2～3d,出现潜热通量比例突减、感热通量比例突增的现象．文中还对通量观测仪器、方法进行了简要分析．     

内蒙古克氏针茅草原生态系统-大气通量交换特征

基于内蒙古克氏针茅草原生态系统的涡动相关观测资料和小气候梯度系统观测资料,对研究区碳通量和水热通量的日、季动态进行了研究.结果表明：克氏针茅草原生态系统生长季的碳通量日动态呈U型曲线,即日出前释放CO2,日出后开始吸收CO2,正午前后达峰值,午后吸收CO2减弱,日落后重新转为释放CO2;9月白天CO2吸收最为强烈,8月次之,10月最低.克氏针茅草原的感热和潜热通量的日动态均呈倒U型曲线,与碳通量日动态相反,即白天感热和潜热通量多为正值,夜间感热为负值,潜热接近于零;感热通量以5月最高,潜热通量以9月最高.冬季草地为弱碳源,CO2通量较小,夏季表现为明显的碳汇.     

新疆艾比湖流域干旱荒漠区湿地地表能量收支特征

利用新疆艾比湖湿地国家级自然保护区通量塔2012年观测数据,比较了流域内荒漠区湿地地表典型日、季节尺度上的能量收支特征,揭示辐射通量、潜热通量、感热通量以及土壤热通量的变化规律、不同季节的能量闭合程度和能量残余累积特征。结果表明:艾比湖流域干旱荒漠区湿地四季典型日能量平衡各分量均表现为昼高夜低、正午高凌晨低的单峰曲线,春季感热通量为主要耗能方式,夏、秋、冬季潜热大于感热;年尺度上潜热通量整体呈春夏增长、秋冬降低,夏季波动较大的趋势,水分是决定感热和潜热通量配比的关键因子;荒漠区湿地地表能量残余量每日变化特征具有显著的时段性,春、夏、秋、冬日平均能量残余量分别为17.77、4.19、171.99和-12.81 W·m~(-2),而季节尺度上能量残余量排序为:冬季春季夏季秋季;相比于干旱区其他下垫面类型,荒漠区湿地潜热通量在能量支出中均占比较高(生长季,LE/R_n=0.803;全年,LE/R_n=0.698),同时其波文比小于干旱区平均水平。     

宁南半干旱地区农田和草地生态系统能量通量的季节变化

根据2002~2003年宁南山区不同下垫面小气候考察资料,用能量平衡法计算了不同下垫面不同季节的感热、潜热通量。分析结果表明:(1)宁南半干旱地区夏季农田和草地的净辐射峰值可达到700W/m2以上,土壤热通量的值比净辐射小1个量级。同类下垫面净辐射通量日积分值夏季>春季>秋季>冬季。(2)宁南半干旱山区感热输送强度以典型草地的最大,其次是禁牧草地,稀树草地的最小。春季各类下垫面地表热量平衡以感热输送为主。在春、夏、秋季的晴天,感热通量日积分值为正,冬季为负。(3)农田在夏、秋季、冬季水汽输送大于各类草地的,其次是稀树草地的,典型草地向上的水汽输送量是最小的。夏季白天农田β在0.2~0.7,稀树草地β为0.2~1.0,能量输送以潜热为主。禁牧草地β为0.2~9.2,典型草地为1.5~13.1,能量输送以感热为主。(4)宁南半干旱地区宜退耕,发展典型草原,在水分充足的山地背阴坡少量发展稀树草地。     

辽东山区天然次生林能量平衡和蒸散

基于辽宁冰砬山森林生态系统定位研究站2012年森林内、外微气象观测数据,采用波文比-能量平衡法(BERB)研究了辽东山区天然次生林能量平衡组分及蒸散特征。结果表明,天然次生林全年获得净辐射能量(Rn)为1.63×109J/m2,其中生长季Rn占全年的71%。Rn月均值呈单峰状季节变化;5月份Rn最大,达101.73 W/m2;12月份最小,仅为-2.38 W/m2。Rn在晴朗天气的日变化呈单峰型,峰值出现在12:00前后,Rn在日出后0.5 h至日落前1.5 h为正值,其它时间为负值。潜热通量(LE)、感热通量(H)在晴朗天气呈单峰型日变化规律。LE呈单峰型季节变化,7月份最大。H呈双峰型季节变化,峰值在4月份,次峰值在9月份。波文比(β)近似呈"U"字型季节变化,非生长季β均值为1.50,即H占有效能量的60%,生长季β均值为0.43,即LE占有效能量的70%。生长季土壤热通量(G)为能量支出项,约占有效能量的2.5%,晴朗天气呈单峰型日变化。非生长季G为能量收入项,约占有效能量的6.8%,1月份几乎没有日变化。辽东山区天然次生林全年蒸散(E)总量为541.8 mm,占全年降水总量的70.3%,蒸散耗水是该森林生态系统最主要的水分支出项。     

基于变分方法的内蒙古典型草原水热通量估算

利用内蒙古典型草原生长季(2004年8月13～18日、2005年5月21～26日)和非生长季(2004年12月10～15日)共18 d的涡动相关系统观测资料(10 Hz输出1次)和小气候梯度系统在线输出资料(0.5 h输出1次),分析了变分方法对草原陆气通量估算的准确性.结果表明,变分法估算的感热与潜热通量与涡动相关法观测结果的变化趋势较为一致,且能量闭合程度更高.变分法计算的感热通量在白天明显地较涡动相关法得到的通量值高,12:00前后两者通量都达到峰值,两者之差也达到峰值,而夜间则较为接近;变分法计算的潜热通量曲线的相位略微落后于涡动相关法的通量曲线,且夜间的涡动相关法测得的潜热通量负值极少,负值通量的绝对值也很小.这表明夜间大气稳定导致涡动相关法存在一定程度的通量低估现象.变分法与波文比能量平衡法对陆气通量的估算比较表明,变分法可避免能量平衡法计算不稳定导致的虚假峰值现象,计算结果较为稳定.     

宁南退耕还草区近地面湍流通量观测初报

根据 2 0 0 2～ 2 0 0 3年小气候考察资料 ,分别分析了四季晴天条件下宁南退耕还草区净辐射、感热、潜热和土壤热通量比例和变化特征。结果表明 ,近地层各通量有较规则的日变化。白天 ,感热通量占净辐射的 5 0 %以上 ,一般达 80 %～ 10 0 %。只有夏季全天和秋季白天的潜热通量为正 ,在春季的早晨和秋季的傍晚潜热通量为负。冬春季节土壤的热量收支大于夏秋季节。     

内蒙古克氏针茅草原生态系统-大气通量交换特征

基于内蒙古克氏针茅草原生态系统的涡动相关观测资料和小气候梯度系统观测资料,对研究区碳通量和水热通量的日、季动态进行了研究.结果表明：克氏针茅草原生态系统生长季的碳通量日动态呈U型曲线,即日出前释放CO₂,日出后开始吸收CO₂,正午前后达峰值,午后吸收CO₂减弱,日落后重新转为释放CO₂;9月白天CO₂吸收最为强烈,8月次之,10月最低.克氏针茅草原的感热和潜热通量的日动态均呈倒U型曲线,与碳通量日动态相反,即白天感热和潜热通量多为正值,夜间感热为负值,潜热接近于零;感热通量以5月最高,潜热通量以9月最高.冬季草地为弱碳源,CO₂通量较小,夏季表现为明显的碳汇.     

黄土丘陵沟壑区农林草地土壤热量状况及植被生长响应——以燕沟流域为例

利用CoupModel模型模拟了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等7种土地类型的土壤热量状况,分析了不同植被类型的潜热通量、感热通量、土壤热通量以及植被生长对土壤热量的响应.结果表明,农地潜热通量较小,林地和荒草地潜热通量较大,各地类潜热通量季节变化规律基本一致.潜热通量是黄土丘陵区土壤-植被-大气系统能量的主要支出项,占总净辐射的72.1%～81.4%以上;感热通量变化振幅相对较小,占总净辐射的16.4%～26.4%;土壤热通量仅占总净辐射的1.4%～2.4%,但直接影响土壤温度的变化速度和变化时间.试验地各地类地表温度随季节的变化趋势均呈单峰曲线型.2～7月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的增大而升高,9月到翌年1月份0～20cm平均土壤温度随累积土壤热通量的减小而降低,但累积土壤热通量的变化滞后于土壤温度变化.同一植被类型条件下,阳坡土壤温度年变幅显著高于阴坡.在阴坡,0cm、10cm、20cm深土壤温度年变幅农地＞阴坡荒草地＞阴坡辽东栎林地＞阴坡刺槐林地;在阳坡,阳坡荒草地＞阳坡刺槐林地＞阳坡辽东栎林地.阴坡刺槐林地、阴坡荒草地和农地0～20cm土壤温度达到5℃以上的时间比阳坡刺槐林和阳坡荒草地推迟1周左右,根系开始生长活动的时间也推迟1周左右;而阴坡辽东栎林地则晚于阳坡辽东栎林地5d左右,根系开始生长活动的时间也较阳坡辽东栎林晚5d左右.出叶时间阳坡刺槐林和阳坡荒草地植物比阴坡刺槐林、阴坡荒草地和阳坡辽东栎林的早1周左右,比阴坡辽东栎林早12d左右.     

寒温带兴安落叶松林土壤温室气体通量的时间变异

采用静态箱/气相色谱(GC)法,对寒温带兴安落叶松林区6-9月生长季土壤CO2、CH4和N2O通量进行原位测定,研究了土壤温室气体通量的季节和昼夜变化及其与环境因子的关系.结果表明:在生长季,兴安落叶松林土壤为大气CH4的汇,吸收通量为22.3～107.8 μg CH4-C·m-2·h-1,6-9月月均甲烷吸收通量为(34.0±7.1)、(71.4±9.4)、(86.3±7.9)和(40.7-±6.2) μg·m-2·h-1;不同季节土壤CH4昼夜通量的变化规律相同,一天中均在10:00达到最大吸收高峰.土壤CO2日通量呈明显的双峰曲线,月均CO2通量大小顺序为7月＞8月＞6月＞9月.土壤N2O通量变异较大,在-9.1 ～31.7μg·m-2·h-1之间.土壤温度和湿度是影响CO2和CH4通量的重要因子,N2O通量主要受温度的影响.在兴安落叶松林区,10:00左右观测获得的温室气体地-气交换通量,经矫正后可以代表当日气体通量.