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.     

内蒙古克氏针茅草原生态系统碳通量数据质量评价及日和季节变化特征

利用内蒙古锡林浩特国家气候观象台2010年3月至2011年2月全年的大气湍流观测资料,在数据质量控制的基础上,对内蒙古克氏针茅草原生态系统碳通量数据进行质量评价,并分析了日变化和季节变化特征。结果表明:在惯性副区,湍流通量的功率谱和协谱基本呈-2/3和-4/3的斜率变化。经过质量控制后的通量数据中,可用于基础研究的高质量数据约为74%,约有8%的低质量数据需要剔除。克氏针茅草原生长季中碳通量的日变化分为单峰和双峰两种类型,均有明显的不对称性,上午碳吸收强于下午。克氏针茅草原在冬季由于低温碳通量值很小,春季气温缓慢回升,草原处于早期发展阶段,表现为弱的碳汇,夏季的6月碳吸收达全年最强,7月和8月受干旱胁迫影响,碳通量逐渐减小,秋季草原开始枯黄,表现为弱的碳汇。内蒙古克氏针茅草原CO2年总量达-348 g CO2·m-2·a-1。克氏针茅草原7月夜间碳排放达最大值,6月白天碳吸收全年最强。本研究加深了对草原生态系统生长季和非生长季碳通量交换特征的理解,为陆面过程模型及相关碳模型参数修正提供了参考。     

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.     

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.     

黄河三角洲芦苇湿地生态系统碳、水热通量特征

利用涡度相关法对黄河三角洲芦苇湿地生态系统进行了连续两年的通量观测,对2009—2010年生长季芦苇湿地的净生态系统碳交换量(NEE),感热通量(Hs)和潜热通量(LE)数据进行了分析。结果表明,在日尺度上,芦苇湿地NEE日变化特征表现为两个CO2吸收高峰,分别出现在11:00和16:00左右,其特点是在午间出现了碳交换通量的降低。CO2吸收的日最大值在两个生长季出现的时间有所不同,分别出现在2009年7月(-0.30 mg CO2m-2s-1)和2010年6月(-0.37 mg CO2m-2s-1)。CO2排放的日最大值两个生长季均出现在9月,分别为0.19和0.25 mg CO2m-2s-1。Hs和LE的日动态均为单峰型,极值都出现在中午前后,生长季生态系统的能量消耗主要以潜热为主,且在日尺度上,热通量和NEE有显著的负相关关系。在季节尺度上,芦苇湿地生长季具有明显的碳汇功能,2009年生长季生态系统白天固定354.63 g CO2/m2,同时期夜间释放159.24 g CO2/m2,净CO2吸收量为-195.39 g CO2/m2。2009年整个生长季生态系统总初级生产力(GPP)为-651.13 g CO2/m2,生态系统呼吸(Re)为455.74 g CO2/m2,系统表现为碳汇。路径分析表明:光合有效辐射(PAR)显著影响NEE的日动态(R2=0.46—0.84),而NEE的季节动态主要受土壤温度的影响,降水和PAR的影响次之。     

张掖灌区玉米农田生态系统CO_2通量的变化规律和环境响应

采用涡动相关法对张掖灌区玉米农田生态系统生长季(6—9月)CO2通量进行了连续观测,分析了玉米农田生态系统CO2通量变化特征及其对环境的响应。结果表明:CO2通量具有明显的日变化特征,白天以碳吸收为主,夜间以碳排放为主,CO2吸收的最大值出现在灌浆期,峰值为-1.426 mg·m-2·s-1;农田生态系统在4个生育期均表现为碳吸收,但吸收CO2能力存在显著差异,日吸收总量灌浆期拔节期成熟期苗期。利用Michaelis-Menten方程和指数曲线拟合方法,分别分析了光合有效辐射对白天CO2通量的影响,及温度对夜间生态系统呼吸的影响。结果表明:白天CO2吸收强度随着光合有效辐射的增大而增大,在低光阶段,光照是控制光合作用的主导因子,之后随着光合有效辐射的增大,净吸收量增加减缓;玉米的光量子利用效率变化范围为0.00098～0.0022 mg·μmol-1。夜间生态系统呼吸与温度呈显著的指数关系,不同生育期的主导因子不同,苗期土壤温度是主导因子,其余生育期气温是主导因子。     

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。     

北京海淀公园绿地二氧化碳通量

作为城市生态系统的重要组成部分,城市绿地有着释氧固碳、降温增湿、吸收有毒有害气体、降尘、减噪等多种生态功能。在对北京海淀公园2006年5月到2007年3月的CO2通量观测数据进行质量评价、数据剔除和插补的基础上,通过与温度、太阳辐射等气象数据的相关性分析,定量研究了海淀公园绿地CO2通量的日变化、年变化以及影响因子。结果表明,海淀公园绿地日CO2通量在一年内具有明显的季节变化,植物生长季3—10月份以吸收CO2为主,11月至翌年2月份以释放CO2为主;年净生态系统生产力(NEP)为8.7554 tCO2/hm2a,反映了海淀公园绿地具有较强的固碳能力。     

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.     

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.     

鼎湖山针阔叶混交林CO2浓度及通量变化特征

该研究采用珠三角典型森林植被生态系统的鼎湖山南亚热带常绿阔叶林通量观测站2012年CO2通量资料和气象资料,分析了CO2通量、净生态系统CO2交换量及CO2浓度的变化特征,及其与气象因子的关系。结果表明:(1) CO2浓度日变化呈“一峰一谷”变化形态,在夜间或日出前后出现最大值,在午后到达最小值; CO2通量日变化呈“单谷”曲线,在白天中午前后到达最小值(负值),夜间和早晨较高(正值)。(2) CO2通量季节平均值的高低依次为春季夏季冬季秋季,CO2浓度季节平均值的高低次序则为冬季春季秋季夏季,即非生长季高于生长季节,这可能与植物物候的季节变化所引起的CO2源汇强度改变有关。(3) 2012年鼎湖山森林生态系统的CO2年均浓度为664.7 mg·m-3,CO2通量年均值为-0.079 mg·m-2·s-1,NEE为-611 g C·m-2·a-1,表明鼎湖山针阔叶混交林近年来处于快速生长过程中,具有较强的碳汇功能。(4) CO2通量及浓度与气温、饱和水气压差均成显著负相关关系,其中CO2浓度与气温的相关性最高,其次为饱和水汽压差,表明气温和饱和水汽压差是影响CO2浓度和通量的关键气象因子。受人类活动及气候变化的影响,近年来鼎湖山森林生态系统的碳汇功能有所增强。     

动态空气动力学参数对玉米田陆-气通量模拟的影响——以BATSle模型为例

基于2006-2008年锦州玉米农田生态系统的通量、气象及生物因子连续观测,利用所建立的考虑玉米不同发育期叶面积指数、冠层高度和风速的地表粗糙度(z0)和零平面位移(d)动态参数化方案对BATS1e陆面模型进行改进,研究空气动力学参数变化对玉米田陆-气通量模拟的影响.结果表明:改进后的拖曳系数(CD)随植被覆盖度增大而增大,更符合实际;感热、潜热和土壤热通量的模拟精度均有不同程度改进,效率系数分别提高0.0569、0.0194和0.0384,生长季累计改进量分别占总辐射的0.9％、1.1％和1.2％;当输入真实的表层土壤湿度后,z0和d动态参数化对感热和潜热的改进作用更大.合理的动态空气动力学参数化方案对陆面过程模拟具有明显改善作用.     

三江并流核心区亚高山森林非生长季净生态系统CO2交换量及其影响因素

采用开路式涡度相关系统,针对三江并流核心区西藏红拉山滇金丝猴国家自然保护区,通过测量和分析非生长季亚高山常绿针叶林净生态系统碳交换量(NEE),探讨了亚高山森林非生长季CO₂通量特征及其主要影响因子。保护区常绿针叶林NEE值在非生长季具有明显“U”型变化曲线,白天表现为碳吸收,夜间表现为碳释放,日间CO₂吸收高峰介于12:00到15:00之间,平均每天碳汇时间在10 h左右。非生长季各月NEE大小依次为：4月> 3月>2月>11月>1月>12月。研究期内气温(T)、相对湿度(RH)、饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)等气象因子对净生态系统CO₂交换量影响显著。此外,森林碳吸收对温度响应敏感,光合作用在整个非生长季较为明显。各影响因子中光合有效辐射对碳交换影响最大;夜间NEE与5 cm土壤温度呈极显著相关性(P<0.01)且NEE随着土壤温度升高而增大;整个非生长季NEE、生态系统呼吸量(Re)和总生态系统CO₂交换量(GEE)分别为-596.759 g...     

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。     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明:生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q10变化范围分别为1.68~2.14和3.03~3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

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。     

内蒙古典型草原4种优势植物凋落物的混合分解研究

混合凋落物的研究对预测生态系统群落水平的分解以及相应的养分释放和进一步的循环等生态学过程具有重要意义。该研究使用网袋法, 对克氏针茅(Stipa krylovii)、糙叶黄芪(Astragalus scaberrimus)、星毛委陵菜(Potentilla acaulis)和羊草(Leymus chinensis) 4种凋落物单种及其混合物的分解速率及分解过程中的养分动态进行了野外实验研究, 以探讨凋落物多样性对内蒙古典型草原生态系统分解速率和过程的影响。通过对凋落物分解速率和养分含量变化历时1年的实际测定, 得到下列研究结果(1)分解341天后, 单种凋落物的剩余重量与初始氮(N)含量呈显著负相关关系(p < 0.001, r = - 0.979)。混合凋落物中, 糙叶黄芪-星毛委陵菜组合剩余重量的实测值比期望值高7.5%, 表明凋落物混合具有显著的正效应, 但在其他几种组合中没有发现显著的凋落物混合效应; (2)在分解初期的N释放阶段, 克氏针茅-糙叶黄芪和克氏针茅-羊草组合的实测N剩余率分别比期望值低4.7%和10.0%, 表明混合凋落物对初期N元素释放具有显著的负效应。不同凋落物混合组合的磷(P)释放或累积在不同分解时期都得到了一定程度的促进, 尤其是星毛委陵菜-克氏针茅、克氏针茅-羊草和克氏针茅-糙叶黄芪组合, 它们在分解前期、中期和后期, 实测P剩余率与期望值的差异分别为31.1%、23.1%和21.8%。研究结果表明, 在内蒙古典型草原生态系统, 多数混合凋落物对分解速率不产生显著的混合效应; 相反, 大多数混合凋落物对分解过程中的养分动态, 尤其是P元素, 具有显著的混合效应, 而混合效应的方向(正或负)可能是十分复杂的。     

锡林浩特草原净生态系统碳交换量特征及源区分布

为探究草原生态系统固碳能力,利用锡林浩特国家气候观象台2018—2021年的涡动相关资料分析了锡林浩特草原生态系统CO₂通量的变化特征以及环境因子对CO₂通量的影响,并对通量源区分布进行了探讨。结果表明：研究区全年盛行西南风,生长季的源区面积大于非生长季,大气稳定条件下的源区面积大于不稳定条件;90%贡献率的源区最大长度接近400 m,与经典法则估算的长度一致。锡林浩特草原净生态系统碳交换量(NEE)具有明显的日变化和季节变化,生长季白天为碳汇,夜间为碳源,非生长季白天和夜间均为弱碳源。2018—2021年,年总NEE分别为-15.59、-46.28、-41.94和-78.14 g C·m^-2·a^-1,平均值为-45.49 g C·m^-2·a^-1,表明锡林浩特草原有较强的固碳能力。饱和水汽压差和光合有效辐射有助于草原生态系统吸收大气中CO₂;夜间,当温度高于0℃时,气温和土壤温度升高会促进植被呼吸作用释放CO₂。     

用光合-蒸散耦合模型模拟冬小麦水热通量的日变化

从SPAC理论出发,建立了一个冬小麦光合和蒸散的耦合模型．感热通量和潜热通量采用Shuttleworth-Wallace的双层模型计算,并通过冠层阻力的参数化,将光合作用与蒸腾作用耦合起来．用涡度相关方法,观测了感热通量和潜热通量,对模型进行了验证．结果表明,模拟值与观测值比较一致,模型可以很好地模拟感热通量和潜热通量的日变化过程．对模型的敏感性分析发现,冬小麦蒸腾比较敏感的参数有凋萎点、气孔导度参数、叶对红外辐射的反射率和光响应曲线凸度;土壤蒸发只对土壤阻力参数的敏感性较强．本模型对水热通量与环境因子作用过程的理论研究和指导农田的灌溉制度等有一定的意义．     

极端干旱条件下锡林河流域羊草草原净生态系统碳交换特征

采用涡度相关法对2005年生长季内蒙古锡林河流域羊草(Leymus chinensis)草原净生态系统交换(Net ecosystem exchange, NEE)进行了观测。观测结果表明:作为生长季降雨量仅有126 mm的干旱年,锡林河流域羊草草原生态系统受到强烈的干旱胁迫,其净生态系统碳交换的日动态表现为具有两个吸收高峰,净吸收峰值出现在8∶00和18∶00左右。最大的CO₂吸收率为-0.38 mg CO₂·m^-2·s^-1,出现在6月底,与丰水年相比生态系统最大CO₂吸收率下降了1倍。就整个生长季而言,不管是白天还是晚上2005年都表现为净CO₂排放,整个生长季CO₂净排放量为372.56 g CO₂·m^-2,是一个明显的CO₂源。土壤含水量和土壤温度控制着生态系统CO₂通量的大小,尤其是在白天,CO₂通量和土壤含水量的变化呈现出显著的负相关关系,和土壤温度表现为正相关关系。