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。     

长白山阔叶红松林能量平衡和蒸散

利用开路涡动相关系统的连续观测结果,分析了长白山阔叶红松林2008年能量平衡各分量和蒸散量的特征,并对生长季和非生长季能量各分量和蒸散量的差异进行了比较.结果表明:该观测系统能量闭合度为72%,处于国际同类观测的中等水平;能量各分量日、季差异显著,生长季森林生态系统最主要的能量支出项为潜热通量,约占可用能量的66%,非生长季最主要的能量支出项为感热通量,约占可用能量的63%.长白山阔叶红松林2008年蒸散量为484.7 mm,占同期降水量(558.9 mm)的87%,证实森林蒸散耗水是我国北方温带森林最主要的水分支出项.     

内蒙古温带荒漠草原能量平衡特征及其驱动因子

基于内蒙古苏尼特左旗温带荒漠草原生态系统观测站2008年全年的涡度相关观测与相应的生物、环境观测资料,对生态系统能量平衡特征及其驱动因子分析表明:能量平衡各分量(净辐射,Rn;感热通量,H;潜热通量,LE;土壤热通量,G)呈单峰型日动态,白天大部分时间H/RnG/RnLE/Rn;夜间G/Rn占主导;全天LE/Rn相对较小,即使在植物生长盛期。较低的LE/Rn可能与荒漠草原气候干旱及植被分布稀少有关。日Rn受天气变化的影响,特别是在雨季,Rn日间差异较大,呈现锯齿状波动。能量平衡各分量季节变化明显,Rn、H、LE和G最大月分别为7、5、6月份和6月份。全年H是Rn的主要能量支出项(58%);LE其次(26%),年蒸散量(190.3mm)大于年降水量(136.3mm),与多年平均降水量接近(183.9mm),其中最大日蒸散率3.8mm/d;G所占比例较小(1%),全年基本保持平衡。然而G白天吸收能量,夜间释放能量;夏季储存能量,冬季释放能量的特点,在能量平衡中存在类似"能量缓存"的作用,不能被忽略。降水过程显著影响内蒙古温带荒漠草原水热交换。降水后较降水前LE峰值明显增大,而H峰值降低。日蒸散率峰值多数与降水事件有关。而且,生长季日蒸散率波动与降水引起的SWC变化趋势一致。生长季潜热分配(LE/Rn)主要受到土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)及叶面积指数(LAI)共同影响。LE/Rn随SWC增大呈增加趋势,LE/Rn随VPD增大而降低,LE/Rn随LAI增大呈二次曲线变化。其中LAI为0.2m2/m2是一个阈值,当LAI0.2m2/m2,SWC是LE/Rn主要驱动因子;当LAI0.2m2/m2,SWC和LAI共同驱动LE/Rn。应用退耦因子(Ω)评价了荒漠草原与大气之间水汽交换的耦合状况。与其他草原类型相比,本研究区退耦因子(Ω)相对较低(生长季平均0.15)。生长盛期Ω相对较高,Rn是LE的主导因子;而生长前期和后期Ω相对较低,VPD是LE的主要控制因子。     

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。     

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.     

西北干旱荒漠绿洲区葡萄园水热通量特征及其主要影响因素

为提高干旱绿洲区农田地表过程的科学认识及改善农业水管理，该研究基于涡度相关技术，运用葡萄园生长季能量平衡观测资料，分析了不同时间尺度的水热通量变化特征，以及干旱平流和冠层导度(G_c)在不同生长阶段上对水热通量的影响，并应用通径分析研究了环境因子对潜热通量(LE)的影响路径和程度。结果表明：(1)日尺度上，LE呈现出不同程度多峰状，其余水热通量总体上呈单峰状。整体上，各生长阶段日间净辐射(R_n)>LE>感热通量(H)>土壤热通量(G)。G相较于R_n呈现出明显的滞后现象。(2)整个生长季上，LE和H分别占白天可利用能量(R_n-G)的86%和14%,表明LE始终是白天葡萄园可利用能量的主要消耗项。干旱平流对白天LE的贡献范围为5%～59%,全生长季平均贡献为28%;G_c对LE的影响在生长季上呈动态变化，且在新梢生长期和落叶期对LE的影响强于中间生长阶段。(3)LE主要受R_n的影响，饱和水汽压差(VPD)和气温(T_a)对LE...     

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。     

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。     

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％.     

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。     

The Effects of Infrared Loading and Water Table on Soil Energy Fluxes in Northern Peatlands

Increased radiative forcing is an inevitable part of global climate change, yet little is known of its potential effects on the energy fluxes in natural ecosystems. To simulate the conditions of global warming, we exposed peat monoliths (depth, 0.6 m; surface area, 2.1 m²) from a bog and fen in northern Minnesota, USA, to three infrared (IR) loading (ambient, +45, and +90 W m^–2) and three water table (–16, –20, and –29 cm in bog and –1, –10 and –18 cm in fen) treatments, each replicated in three mesocosm plots. Net radiation (Rn) and soil energy fluxes at the top, bottom, and sides of the mesocosms were measured in 1999, 5 years after the treatments had begun. Soil heat flux (G) increased proportionately with IR loading, comprising about 3%–8% of Rn. In the fen, the effect of IR loading on G was modulated by water table depth, whereas in the bog it was not. Energy dissipation from the mesocosms occurred mainly via vertical exchange with air, as well as with deeper soil layers through the bottom of the mesocosms, whereas lateral fluxes were 10–20-fold smaller and independent of IR loading and water table depth. The exchange with deeper soil layers was sensitive to water table depth, in contrast to G, which responded primarily to IR loading. The qualitative responses in the bog and fen were similar, but the fen displayed wider seasonal variation and greater extremes in soil energy fluxes. The differences of G in the bog and fen are attributed to differences in the reflectance in the long waveband as a function of vegetation type, whereas the differences in soil heat storage may also depend on different soil properties and different water table depth at comparable treatments. These data suggest that the ecosystem-dependent controls over soil energy fluxes may provide an important constraint on biotic response to climate change.     

广东省入库河口N2O分布和通量的时空变化

本研究于2011年7月(丰水期)和12月(枯水期)分别对广东省13个水库的入库河口进行调查,使用吹扫捕集-气相色谱法测定了水中N2O的浓度并用Liss&Merlivat公式估算出入库河口向大气释放N2O的水-气交换通量。结果表明,河口丰水期N2O溶存浓度范围为15.37～175.22 nmol/L,平均值为(73.77±43.58)nmol/L;N2O水-气交换通量范围为0.26～5.40μmol/(m2.d),平均值是(2.53±1.94)μmol/(m2.d)。河口枯水期N2O溶存浓度范围为44.26～366.11 nmol/L,平均值是(126.61±102.74)nmol/L;N2O水-气交换通量范围是0.86～21.88μmol/(m2.d),平均值是(7.50±6.65)μmol/(m2.d)。河口丰水期N2O溶存浓度和水-气交换通量明显低于枯水期。与其他研究相比,本研究区N2O溶存浓度和水-气交换通量偏低。     

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.     

Eddy-correlation system for long-term monitoring of fluxes of heat, water vapour and CO2

An eddy-correlation system is presented that was designed with special focus on long-term measurements of turbulent fluxes in the atmospheric boundary layer. It consists of a SOLENT sonic anemometer, a fast temperature sensor, and a LI-COR LI 6262 closed-path infrared gas analyser. The use of a fast temperature sensor turned out to be necessary because of errors in the sound virtual temperature measured by the sonic anemometer at high wind speeds. The components are combined with special attention paid to protection against lightning and other environmental stresses. The data acquisition program SOLCOM runs on standalone systems or in a network environment and performs ‘quasi on-line’ data processing, on-line graphical display of single data and fluxes, and on-line correction of the raw data. Raw data can be stored continuously on DAT tapes. All data handling can be done by remote access, thus only a minimum amount of m situ maintenance is required. Power spectra of vertical and longitudinal wind speed, air temperature, air humidity and carbon dioxide concentration showed to follow the -2/3 law quite well. There was some noise in the high frequency range of the carbon dioxide spectrum. However, the corresponding cross spectra with the vertical wind component showed less deviation from a straight line in the high frequency range. The sum of convective heat fluxes and soil heat flux showed good agreement with the measured net radiation for several months and it was concluded that the system described here constitute a good platform for long-term flux measurements over forest.     

Measurement of stem respiration of sycamore (Platanus occidentalis L.) trees involves internal and external fluxes of CO2 and possible transport of CO2 from roots

CO(2) released by respiring cells in tree stems can either diffuse to the atmosphere or dissolve in xylem sap. In this study, the internal and external fluxes of CO(2) released from respiring stems of five sycamore (Platanus occidentalis L.) trees were calculated. Mean rates of stem respiration were highest in mid-afternoon and lowest at night, and were positively correlated with air temperature. Over a 24 h period, on average 34% of the CO(2) released by respiring cells in the measured stem segment remained within the tree. CO(2) efflux to the atmosphere consisted of similar proportions of CO(2) derived from local respiring cells (55%) and CO(2) that had been transported in the xylem (45%), indicating that CO(2) efflux does not accurately estimate respiration. A portion of the efflux of transported CO(2) appeared to have originated in the root system. A modification of the method for calculating stem respiration based on internal and external fluxes of CO(2) was developed to separate efflux due to local respiration from efflux of transported CO(2).     

地表水热通量研究进展

介绍了当前国内外地表水热通景观测研究的进展及3种不同类型的土壤-植被-大气传输模型（SVAT）：单层模型、双层模型和多层模型。遥感手段常用于监测大面积地表水热通量。基于地表能量平衡方程,现已建立了许多遥感模型以估算水热通量（如简化模型、单层模型、附加阻抗模型、作物缺水指数模型和二源阻抗模型等）,并对这些模型复杂程度及应用范围进行了分析。     

季节性干旱对中亚热带人工林显热和潜热通量日变化的影响

植被与大气间的显热和潜热通量的日变化是大气过程和植被生理过程的显著标志。本研究利用ChinaFLUX千烟洲站典型的夏季雨热不同季的季节性干旱的试验条件,探讨了2003年季节性干旱对该生态系统显热和潜热通量日变化变异幅度和峰值时间的影响。研究表明：显热通量的日变化变异幅度年平均值为176 W/m2。潜热通量的日变化变异幅度年平均值为171 W/m2。显热通量到达日变化峰值的时间平均为11:57。全年潜热通量的日变化都在午后达到峰值,平均值为12:33。季节性干旱造成显热通量的日变异幅度明显增大,从144W m-2增加到321 W m-2。而潜热通量的日变异幅度明显降低,从324 W/m2减小到198 W/m2。,显热和潜热通量日变异幅度的相对变化明显增大,从-165 W/m2增加到76 W/m2,气温和饱和水汽压差是影响显热和显热日变异幅度及其相对变化的主要控制因素。干旱胁迫期,深层水对显热通量日变化变异幅度及其与潜热通量日变化变异幅度的相对变化的作用更显著,而潜热通量日变化变异幅度与气象要素关系不显著。季节性干旱造成显热通量日变化的峰值时间和显热和潜热通量日变化峰值时间的相对变化明显向下午偏移,显热通量日变化的峰值从上午11:31到中午12:17,相对变化从1小时到1小时20分钟。季节性干旱对潜热通量日变化峰值时间没有显著的影响。非干旱胁迫期,显热通量日变化峰值时间和显热及潜热通量日变化峰值时间的相对变化均与气温负相关,而干旱胁迫期,则与气温正相关。潜热通量日变化峰值时间与气象要素关系均不显著。该生态系统显热和潜热通量日变化峰值的相对变化主要受降水量的季节分配控制,在干旱胁迫期降水的作用更加明显。潜热和显热通量日变化峰值时间的相对变化总体上都受植被与大气间的耦合程度控制。     

The contribution of mosses to the carbon and water exchange of Arctic ecosystems: quantification and relationships with system properties

Water vapour and CO2 exchange were measured in moss-dominated vegetation using a gas analyser and a 0.3 x 0.3 m chamber at 17 sites near Abisko, Northern Sweden and 21 sites near Longyearbyen, Svalbard, to quantify the contribution of mosses to ecosystem level fluxes. With the help of a simple light-response model, we showed that the moss contribution to ecosystem carbon uptake varied between 14 and 96%, with an average contribution of around 60%. This moss contribution could be related to the normalized difference vegetation index (NDVI) of the vegetation and the leaf area index (LAI) of the vascular plants. NDVI was a good predictor of gross primary production (GPP) of mosses and of the whole ecosystem, across different moss species, vegetation types and two different latitudes. NDVI was also correlated with thickness of the active green moss layer. Mosses played an important role in water exchange. They are expected to be most important to gas exchange during spring when leaves are not fully developed.