三个日太阳总辐射估算模型的比较

利用东北三省及内蒙古东部13个气象站1982—2012年的数据,分析比较了3个估算日太阳总辐射的模型(-P模型、Thornton-Running模型和刘可群等提出的模型).经交叉验证分析的结果表明:3个模型的平均绝对误差(MAE)分别为1.71、2.83和1.68 MJ·m-2·d-1,表明利用了日照百分率的-P模型和刘可群等提出的模型对于日太阳总辐射的估算效果明显优于没有利用日照百分率的Thornton-Running模型.刘可群等提出的模型对无日照情况的处理起到了很好效果,其无日照情况下的MAE和偏差百分比分别比-P模型小18.5%和33.8%.在有日照情况下利用-P的简单线性模型计算日太阳总辐射即可获得较高精度.-P模型、Thornton-Running模型和刘可群等提出的模型对日太阳总辐射分别高估12.2%、19.2%和9.9%.各气象站MAE随地理位置的变化不大,MAE随年代的推移呈递减趋势,原因可能是1993年更换辐射观测仪器后所导致的观测精度的变化.3个模型在有雨日、无日照和暖季情况下的MAE均远大于无雨日、有日照和冷季,说明利用气象要素推算太阳辐射的模型有待对不同的天气情况进行不同处理.     

长白山地区散射辐射与云的关系

根据中国科学院长白山森林生态系统定位站1982—2001年太阳辐射和云的观测资料对散射辐射及散射比进行了分析,探讨了散射辐射及散射比的日、季节、年际变化特征以及云量、云状、太阳高度角与散射辐射及散射比的关系。结果表明：1)散射辐射日变化特点是,中午最大,早晚较小;季节变化特点是,7月最大,年初和年末较小;年际变化特点是从1982—2001年呈减少趋势;散射比1 d中中午最小,7月达到最大值,年际变化为0.38～0.55;2)散射辐射及散射比均随高云量或低云量增加而呈增加趋势;散射辐射日平均量及散射比与总云量和低云量的日平均值均呈线性正相关关系,且与总云量的关系比与低云量的关系更密切;3)不同云相比较,散射辐射和散射比最大的是高积云（Ac）,卷云（Ci）次之,较小为对流性积云(积雨云Cb、积云Cu),碧空时散射辐射及散射比最小;4)散射辐射随太阳高度角增加而增大,呈二次函数关系;散射比随太阳高度角增加而减小且呈二次函数关系。     

库姆塔格沙漠东南部生长季胡杨液流速率动态与气象因子的关系

通过对库姆塔格沙漠东南部胡杨(Populus euphratica Oliv.)液流速率及气象因子(太阳总辐射、风速、空气相对湿度、空气温度、饱和水汽压差)持续5个月的同步观测,揭示气象因子在不同时间尺度对胡杨液流的影响。结果显示:在月尺度下,太阳总辐射是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释98.3%的液流速率变化;在日尺度下,空气温度、空气相对湿度、风速、太阳总辐射对液流速率变化影响最大,空气温度可以解释液流速率变化的33.0%,4个因子共同可以解释55.2%的液流速率变化;在小时尺度下,对2018年5-9月液流速率的影响最大的是太阳总辐射。随着时间尺度的扩大,对液流速率变化的影响因子由多变少。根据气象因子预测小时尺度胡杨液流速率需要较多的参数且可靠性最小,预测月尺度液流速率需要较少的参数且可靠性最大,预测月尺度胡杨液流速率更为合适。     

典型森林生态系统总辐射和光合有效辐射长期观测中的仪器性能衰变和数据校正

利用中国通量网( ChinaFLUX)4个森林台站(长白山、千烟洲、鼎湖山和西双版纳)2003-2008年总辐射和光合有效辐射(PAR)观测资料,研究了CNR1总辐射表和Li-190SB光量子仪在长期观测中可能出现的不确定性和仪器性能变化等问题.结果表明:98％以上的CNR1总辐射观测精度满足技术标准,但在西双版纳站,CNR1观测的总辐射(QCNR1)比高精度短波辐射仪CM11观测的总辐射(QCM11)平均低7％;虽然温度对CNR1观测的总辐射有一定影响,但其影响大都在仪器允许的精度范围内,在西双版纳站,CNR1除了受温度影响外,还受到热带雨林特有的季节性雾的影响;通过分析光合有效辐射数据(特别是其与总辐射比值)的长期变化发现,光量子仪Li-190SB的性能衰减较明显,平均年衰减率达4％左右,为了校正PAR仪器性能衰减产生的系统误差,本文尝试给出了PAR的后期补偿校正方法,该方法可基本消除由于野外长期使用所造成的Li-190SB性能衰减.     

长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征

根据对林冠上方和林下太阳辐射的观测及气象站资料,分析了长白山阔叶红松林太阳辐射分光谱特征。结果表明,长白山阔叶红松林区太阳总辐射、直接辐射、散射辐射的光合有效辐射系数有一定的日变化和年变化,年平均值分别为０．４６、０．４３、０．５６。阔叶红松林中不同树种的单叶对于太阳总辐射的反射率、透射率、吸收率的平均值分别为２７．０％、２３．４％、４９．６％。单叶的分光谱反射、透射和吸收的特点是,单叶对紫外辐射     

江西千烟洲地区散射辐射的模拟与验证

散射辐射的准确估算对于评价其对陆地生态系统碳交换的影响具有重要意义.基于我国中亚热带江西千烟洲气象观测场2012年3月1日—2013年2月28日散射辐射实际观测数据对目前常用的5个散射辐射分解模型（Reindl-1、Reindl-2、Reindl-3、Boland、BRL）的模拟结果进行验证.结果表明： 在30 min尺度上,虽然5个模型在总体上都可以较好地模拟该地区的散射辐射,但模型模拟效果随着晴空指数（k_t）的升高而显著降低.特别是当k_t>0.75时,各模型已无法模拟该地区散射辐射.从散射辐射季节变化的模拟来看,5个模型能够很好地模拟大多数月份的散射辐射.5个模型年尺度散射辐射模拟值与观测值的相对偏差最高为7.1%（BRL）,最低为0.04%（Reindl-1）,平均为3.6%.在全年辐射最强、温度最高和降水偏少的夏季,5个模型的模拟值均出现了过高估计.以7月为例,散射辐射被高估14.5%～28.2%,平均高估21.2%.这可能与高k_t条件下散射辐射的估算方法有关,这种不确定性需要在模型应用中做进一步深入评价.根据验证结果并考虑模拟精度和输入变量的易获取性,5个模型的模拟效果依次为BRL>Reindl-3>Reindl-2>Reindl-1>Boland.     

太阳辐射对玉米农田土壤呼吸作用的影响

水热因子通常被认为是影响土壤呼吸作用的主导因子。对2004-2005年东北地区玉米农田土壤呼吸作用的观测资料分析表明:太阳辐射对土壤呼吸作用有促进作用,使得白天的土壤呼吸速率高于夜间,并导致土壤呼吸作用与土壤温度的关系发生变化。太阳总辐射对玉米(Zea mays L.)生长后期的土壤呼吸作用具有显著影响(9月7日:R2=0.80,P0.0001;9月29日:R2=0.82,P0.0001)。地上生物量和叶面积指数制约着太阳总辐射对土壤呼吸作用的贡献,可解释太阳总辐射与土壤呼吸作用关系变异的83.5%。在玉米生长初期,散射辐射间接地促进了土壤呼吸作用,但随着叶面积指数的增加,散射辐射的透射作用减弱,使得直射辐射对土壤呼吸作用的影响超过散射辐射;进入玉米生长后期,由于叶子枯黄,叶面积指数减小,散射辐射又对土壤呼吸起到促进作用。     

散射辐射对中国东部典型人工林总初级生产力的影响

散射辐射是影响森林碳吸收的重要因子。然而, 有关生态系统总初级生产力(GPP)对散射辐射响应机理的理解仍有限。该研究利用中国东部6个人工林生态系统2019-2020年观测的碳通量数据和气象数据, 估算了散射辐射, 区分了直接辐射和散射辐射条件; 基于直角双曲线方程获取了不同辐射条件下生态系统光响应参数; 量化了GPP对散射辐射和直接辐射变化的响应; 采用偏相关方法分析了光照和环境因子对GPP日变化的贡献, 旨在探究生长季散射辐射对人工林生态系统GPP的影响机理。研究表明: 散射辐射增加可以有效促进冠层光合作用, 初始量子效率(α)和光合有效辐射(PAR)为1 000 μmol·m^-2·s^-1时的GPP (P₁₀₀₀)分别提高了47%-150%和2%-65%。与直接辐射条件相比, 散射辐射条件下的PAR每增加1 μmol·m^-2·s^-1, GPP增加0.86%-1.70%, 森林植被类型和站点物候变化会影响这一过程, 具有较低归一化植被指数(NDVI)的樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica)和油松(Pinus tabuliformis)人工林GPP随单位PAR增加的变化量的增量(0.86%-1.00%)明显低于其他人工林站点的增量(1.04%-1.70%), 且植被NDVI与P₁₀₀₀存在显著正相关关系。在低光照时, PAR控制生态系统平均总初级生产力(GPP_a)的变化; 在中等至高光照时, 散射辐射比例(DF)是影响GPP_a的主要因子。在中等光照时, 散射辐射对应的光合作用接近于高光照时太阳辐射对应的光合作用, 且杉木(Cunninghamia lanceolata)、杨树(Populus spp.)、栓皮栎(Quercus variabilis)和华北落叶松(Larix gmelinii)在中高DF (≥0.5)时的GPP_a比低DF (<0.5)高出27%-50%, 油松和樟子松在中高DF时的GPP_a比低DF约高出2%。散射辐射条件下, 散射光合有效辐射(PAR_dif)解释了GPP变化的16%-45%, 气温(T_a)和饱和水汽压差(VPD)解释了杉木、栓皮栎和华北落叶松林GPP变化的10%-19%。在散射辐射条件下, 人工林在T_a为15-25 ℃和VPD为0-1 kPa时P₁₀₀₀最大。     

辐射变化对中亚热带杉木人工林净CO2交换的影响

太阳总辐射是影响森林生态系统碳交换的重要因子.为认识辐射变化对杉木人工林碳交换的影响,本研究利用开路式涡度相关系统和气象梯度观测系统测得的CO2通量和气象因子长期定位监测数据,用晴空指数(kt)表示太阳辐射情况,分析了kt对中亚热带杉木人工林生长季(4-10月)净C02交换(NEE)的影响.结果 表明:晴天时的太阳总辐...     

散射辐射对亚热带人工针叶林光能利用率的影响

地表接受的太阳辐射中散射辐射的改变是影响森林生态系统光能利用率(Light Use Efficiency,LUE)的重要因素。以千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象,利用30 min通量和常规气象观测数据,以晴空指数(kt)和地表接受的散射辐射(S_f)占太阳总辐射(S_0)的比值(S_f/S_0)为指标,分析了2003—2012年生长旺季(6—8月)散射辐射变化对千烟洲亚热带人工针叶林光能利用率的影响,并利用改进的光响应曲线模型分析了散射辐射变化对植被光合特性的影响。研究结果表明:2003—2012年生长旺季中,kt在0.6—0.7范围内的LUE比kt在0.4—0.5范围内的LUE平均减少了44.66%;S_f/S_0在70%—85%之间的LUE比S_f/S_0在55%—70%之间的LUE平均提高了22.24%。由此可以看出,与晴朗天空相比,多云及气溶胶增加导致的散射辐射增加可使该生态系统的LUE提高。并且,未受到高温干旱影响的2005、2006、2008、2009、2010及2012年散射辐射下该生态系统的初始量子效率αf比直接辐射下的αr平均增加了0.63 g CO2/mol;而10年间所有年份散射辐射下的光饱和时的潜在最大光合作用速率比直接辐射下平均提高了0.81 mg CO_2m~(-2)s~(-1),说明散射辐射可使该生态系统植被光合能力提高。     

大气气溶胶对北京杨树人工林生态系统生产力的影响

大气气溶胶可以影响到达地面的太阳辐射，进而影响植物光合作用和生态系统生产力，乃至区域上的碳收支。为探究北京地区气溶胶对杨树人工林生态系统生产力的影响，利用2006—2009年北京大气气溶胶数据结合北京大兴杨树人工林涡度相关系统监测的辐射、碳通量等数据，分析了气溶胶对散射辐射、光能利用效率(LUE)、生态系统初级生产力(GPP)的影响，并利用通径分析方法探究了气溶胶和生态环境因子对GPP的直接和间接影响。结果表明，北京市气溶胶光学厚度(AOD)具有明显的季节变化特征：春、夏两季大于秋、冬季，夏季气溶胶光化学厚度最大。大气气溶胶显著影响了地表辐射组分以及温度、湿度环境因子，随着AOD从0增大到3,总辐射减小了43.63%,散射辐射增加132.26%,散射辐射比例增大了2.55倍，而相对湿度增大48.52%,日温差增大3℃左右。当生态系统受水分胁迫时，气溶胶对生态系统生产力无显著影响，当生态系统处于非水分胁迫时，杨树人工林生态系统光能利用效率和生产力随着气溶胶浓度增大先增大后减小，当AOD为1.0—1.6时，GPP维持在较高的水平，当AOD>2.5时，GPP显著减小且小于背景气溶胶(A...     

鹤山人工林的辐射能环境研究

对鹤山针叶混交林,以乡土树为主的阔叶混交林和豆科混交的林冠作用层和林地作用地层辐射等方面进行了研究,在太阳高度角和天气等因素的影响下,全年抵达各林的总辐射月变化基本上都呈双峰曲线,各林的峰值分布于５月和７～９月和谷值分布于２月和６月,由于坡向的影响,东南坡的太阳总辐射量大,平坦地和西皮次之,东坡较小,林坡最小,各林型冠上直接辐射和散射辐射占自总太阳辐射量的比例有所不同,但各林林冠上直射所占比例均大     

太阳辐射变化对亚热带人工常绿针叶林总初级生产力影响的模拟分析

太阳辐射是陆地生态系统碳水循环的能量来源。太阳辐射的变化对植被吸收大气CO₂具有重要影响。该文通过辐射观测数据建立散射辐射比例与晴空指数的关系, 结合生态过程模型(BEPS)和通量观测数据, 模拟分析了太阳辐射变化对千烟洲常绿针叶林总初级生产力(GPP)的影响。研究结果表明: 千烟洲森林生态系统的阴叶对年GPP总量的贡献达67%, 太阳辐射变化对阴叶光合作用的影响决定了冠层GPP的变化; 太阳辐射强度和分布的年际差异导致年GPP对太阳辐射变化的响应不同, 2003、2004和2005年太阳辐射分别变化-5.44%、-1.83%和6.26%, 可使千烟洲生态系统当年GPP总量达到最大值; 在季节上, 太阳辐射的增加会导致5-6月GPP上升, 7-9月GPP下降, 使年GPP变化程度降低; 在天尺度上, 晴空指数在0.43时, 太阳辐射变化对GPP的影响最小。     

Modelling the effects of changes in solar radiation on gross primary production in subtropical evergreen needle-leaf plantations

太阳辐射是陆地生态系统碳水循环的能量来源。太阳辐射的变化对植被吸收大气CO₂具有重要影响。该文通过辐射观测数据建立散射辐射比例与晴空指数的关系, 结合生态过程模型(BEPS)和通量观测数据, 模拟分析了太阳辐射变化对千烟洲常绿针叶林总初级生产力(GPP)的影响。研究结果表明: 千烟洲森林生态系统的阴叶对年GPP总量的贡献达67%, 太阳辐射变化对阴叶光合作用的影响决定了冠层GPP的变化; 太阳辐射强度和分布的年际差异导致年GPP对太阳辐射变化的响应不同, 2003、2004和2005年太阳辐射分别变化-5.44%、-1.83%和6.26%, 可使千烟洲生态系统当年GPP总量达到最大值; 在季节上, 太阳辐射的增加会导致5-6月GPP上升, 7-9月GPP下降, 使年GPP变化程度降低; 在天尺度上, 晴空指数在0.43时, 太阳辐射变化对GPP的影响最小。     

基于塔载辐射监测帽儿山落叶阔叶林

基于通量塔常规辐射测量的宽带植被指数(BVI)具有高时间分辨率的优点,有利于获得更详细的森林冠层叶面积指数(LAI)动态信息.本文以帽儿山通量观测站的温带落叶阔叶林为例,研究宽带归一化差值植被指数(NDVI_B)、宽带增强型植被指数(EVI_B)、近红外反射率与光合有效辐射反射率比值(SR_NP)和太阳辐射反射率与光合有效辐射反射率比值(SR_SP)4种BVI时间序列的控制因子及其滤波方法,并以凋落物收集法为参考,评估采用BVI估测冠层LAI的可行性.结果表明: Huemmrich、Wilson和Jenkins 3种方法计算的同一BVI值略有不同,但其季节变化趋势高度一致.BVI主要受太阳高度角和太阳高度角与坡度夹角的影响而呈现明显的日变化,太阳高度角与坡度夹角最大时刻(12:30)前后的BVI相对稳定.晴空指数可以作为BVI日值滤波的有效参数,不同时刻数据构成的日BVI时间序列的晴空指数阈值以及滤波后的有效数据率存在差异,应综合考虑平滑效果和有效数据率选择合适的时间点代表BVI日值.NDVI_B与凋落物收集法测定的LAI呈显著的线性关系,而EVI_B、SR_NP和SR_SP与LAI均呈显著的对数关系.因此,NDVI_B在表征冠层LAI季节动态和LAI外推中更为精确、方便.鉴于大部分森林碳水通量观测塔配备能量平衡观测系统,如果同时测定光合有效辐射反射率,即可实现冠层LAI长期连续联网监测.     

克氏针茅(Stipa krylovii)草原土壤呼吸及其影响因子

基于LI6400-09便携式光合作用测量系统的土壤呼吸观测系统对内蒙古克氏针茅(Stipa krylovii)草原2005年5月至9月的土壤呼吸作用的测定结果,研究了克氏针茅草原土壤呼吸速率的日、生长季动态及其控制因子.结果表明,在生长季节,克氏针茅草原土壤呼吸速率的日季动态均呈单峰型变化;日最大值和最小值分别出现在10:00～13:00和凌晨4:00左右;生长季日均最大值(0.14mgCO2m-2s-1)出现在6月份,日均最小值(0.03mgCO2m-2s-1)出现在8月份.在日尺度上,随着生长期的变化,控制土壤呼吸作用的环境因子有所不同;在生长初期和末期土壤呼吸速率的限制因子主要为总辐射,而在生长中期,控制因子则为气温和土壤含水量.在整个生长季的尺度上,极显著影响土壤呼吸作用的环境因子则为土壤含水量(0～10cm、10～20cm、20～30cm)、总辐射和气温.约有72%的土壤呼吸作用生长季变异是由表层土壤含水量和总辐射共同决定的,其中0～10cm土壤含水量是影响克氏针茅草原土壤呼吸作用在生长季节变化的主导环境因子,可以单独解释土壤呼吸作用变异的51%.     

南京地区太阳辐射资源量子年总量的理论计算

为了从量子角度探讨南京地区的太阳辐射资源,在理想大气条件下对2008年南京地区的光合有效辐射波段的量子辐射进行了计算.在2008年的366天中每隔20分钟计算一次量子照度,然后通过累积计算得到太阳直接辐射年总量.应用相关公式,计算出了散射辐射年总量,总辐射年总量和光合有效辐射年总量.经过与一些相关资料的对比分析,认为计算结果正确合理.     

西安太阳总辐射时空变化特征及对城市发展的响应

根据西安辐射站太阳总辐射资料和周围23个气象台站日照百分率资料,建立1961-2009年西安市太阳总辐射资料时间序列,运用模糊聚类分析法将全市分为3个区,采取滑动t检验法进行突变检验及阶段分析,研究西安太阳总辐射的时空分布及变化特征.同时引用西安历年城区人口数据,对城区太阳总辐射与城市发展进行了相关性分析.结果表明:西安太阳总辐射具有东部多、西部次之、中部少的分布特征;1961-2009年呈波段减少的变化趋势,线性倾向率为-2.01％/10a,其中1977-1991年为显著减少阶段,以中部减少幅度最大;其间出现两次突变,突变年分别为1977年及1992年;城市发展带来大气污染物的增加,造成西安城区太阳总辐射对城市发展有较大的响应,西安城市发展对太阳总辐射季节影响上表现为冬、夏季远大于春、秋季.     

增强UV—B辐射对高山植物麻花艽净光合速率的影响

在高寒矮嵩草（Kobresia humilis)草甸地区以太阳短波辐射为背景,建立了人工增强UV－B辐射的实验装置,每天增补15．8kJ.m^-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏约5％时近地表面太阳UV－B辐射的增强。观测表明：UV－B辐射的增强对麻花艽（Gentiana stramianea)植物的光合作用无明显的抑制或伤害作用。相反,在早晨补充UV－B辐射的短时间内,叶片的Pn随Gs的增大而有所提高。随着UV－B辐射时间的延长,在11：30－12：30,Pn和Gs有所降低。UV－B辐射时间进一步延长后（约14：00以后）,处理和对照组叶片Pn和Gs的差异趋向不明显,增强太阳UV－B辐射后,麻花艽叶片的光合色素并无明显变化,UV－B吸收物质的含量无明显变化,麻花艽叶片厚度的直接测量表明,增强UV－B辐射能明显提高叶片的厚度。叶片厚度的增加可补偿增强UV－B辐射辐后引起的光合色素的光降解,改善单位叶面积为基础的光合速率,是高原植物对强UV－B辐射的一种适应方式。     

基于塔载辐射监测帽儿山落叶阔叶林冠层叶面积指数动态

基于通量塔常规辐射测量的宽带植被指数(BVI)具有高时间分辨率的优点,有利于获得更详细的森林冠层叶面积指数(LAI)动态信息.本文以帽儿山通量观测站的温带落叶阔叶林为例,研究宽带归一化差值植被指数(NDVI_B)、宽带增强型植被指数(EVIB)、近红外反射率与光合有效辐射反射率比值(SR_(NP))和太阳辐射反射率与光合有效辐射反射率比值(SR_(SP))4种BVI时间序列的控制因子及其滤波方法,并以凋落物收集法为参考,评估采用BVI估测冠层LAI的可行性.结果表明:Huemmrich、Wilson和Jenkins 3种方法计算的同一BVI值略有不同,但其季节变化趋势高度一致.BVI主要受太阳高度角和太阳高度角与坡度夹角的影响而呈现明显的日变化,太阳高度角与坡度夹角最大时刻(12:30)前后的BVI相对稳定.晴空指数可以作为BVI日值滤波的有效参数,不同时刻数据构成的日BVI时间序列的晴空指数阈值以及滤波后的有效数据率存在差异,应综合考虑平滑效果和有效数据率选择合适的时间点代表BVI日值.NDVI_B与凋落物收集法测定的LAI呈显著的线性关系,而EVIB、SR_(NP)和SRSP与LAI均呈显著的对数关系.因此,NDVI_B在表征冠层LAI季节动态和LAI外推中更为精确、方便.鉴于大部分森林碳水通量观测塔配备能量平衡观测系统,如果同时测定光合有效辐射反射率,即可实现冠层LAI长期连续联网监测.