中国科学院清原森林生态系统观测研究站塔群平台的功能和应用

森林生态系统结构与生态服务功能关系是森林生态学和林学的永恒研究主题。受传统森林调查方法及技术手段的限制,对复杂地形下森林生态系统结构和功能的监测及二者关系的研究面临诸多挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站在独立流域内建成了以观测塔群(三座观测塔覆盖各自子流域代表性森林类型)为主体,集激光雷达(LiDAR)、通量仪器、水文站网、固定标准地和数据中心为综合体的“次生林生态系统塔群激光雷达监测平台”(简称塔群平台)。塔群平台采用激光雷达扫描获取森林点云数据,描述森林生态系统的全息三维结构;依托独立流域/子流域内的通量监测系统、水文监测站网和通量源区内的长期固定标准地,可保证碳-水过程观测的可靠性,并用于验证复杂地形下的通量监测技术与方法,揭示森林生态水文与碳交换过程,准确估算森林生态系统主体生态服务功能(水源涵养和固碳)。所有“塔-站”数据通过无线网络实时汇集于数据中心,便于数据监视、管理与共享。此外,塔群平台将侧重研究森林生态系统结构量化的新方法和新指标,探索复杂地形森林生态系统中H₂O/CO₂/痕量气体通量观测的理论与方法,为阐明森林结构与功能的关系、服务于森林生态系统管理提供基础数据。     

利用细丝热电偶评估涡度相关系统开路分析仪表面加热效应

目前广泛使用的涡度相关系统开路CO₂/H₂O分析仪存在表面加热效应,可能影响涡动通量测量精度.以帽儿山森林生态站温带落叶林的开路涡度相关系统为例,采用细丝热电偶评估了开路CO₂/H₂O分析仪(Li-7500)的加热效应,并检验Burba方程的适用性.结果表明: 2016年4月23日至5月28日,白天Li-7500光路中部温度比环境空气温度高0.2 ℃以上,夜间二者很接近,加热峰值多出现在清晨转换期和正午或午后.Burba第4种方法的一元模型(BurbaLF)估计的感热通量加热效应(H_S,HE)日变化大体呈矩形波型,多元线性回归模型(BurbaMR)的估计值呈微弱的单峰型.与K079型细丝热电偶(单裸丝线径0.079 mm)测定(K079)和细丝热电偶模拟(K079Model)的感热通量相比,BurbaLF和BurbaMR估算的白天变化小且波峰低而宽(20 W·m^-2),昼夜过渡急剧,夜间一般低于5 W·m^-2.K079和K079Model法的H_S,HE峰值在40 W·m^-2以上,夜间H_S,HE在零值上下波动.白天Li-7500光路的感热通量增量为13.6%. K079和K079Model估算的白天加热对CO₂湍流通量影响(F_c,HC)的平均值约0.5 mg CO₂·m^-2·s^-1,是以往估值的2倍.与实测法相比,Burba方程正午由于H_S,HE不足而低估了F_c,HC,但因高估了清晨、傍晚和夜间加热效应,导致整体上高估F_c,HC.研究结果证实K079和K079Model法均可用于估计F_c,HC.