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．     

2001—2018年长白山自然保护区生长季NDVI变化特征及其对气候变化的响应

为了解全球变化背景下东北亚温带森林的动态变化及其对气候变化的响应,基于MODIS 250 m分辨率遥感数据、1 km分辨率地表温度数据以及研究区内及周边气象站点数据,分析2001—2018年生长季长白山自然保护区的归一化植被指数(NDVI)变化情况及其与温度、降水的相关性。结果表明: 2001—2018年生长季,研究区NDVI均值为0.711,植被覆盖度较高,且呈逐年增加趋势(0.0025·a^-1);气温极显著增加(0.032 ℃·a^-1),增速高于全球平均;降水显著增加(5.54 mm·a^-1),但年际间变异加大。空间上,NDVI呈现西北部略高且随着海拔升高而降低的格局;研究期间,NDVI增加的区域占46.2%,主要集中在北部以及中南部高海拔地区,53.8%的区域基本无变化或微弱减少。研究区NDVI主要受温度影响;在年尺度上,NDVI与地表温度主要表现为正相关,正相关区域占90.2%,且有43.6%的区域相关性显著;在月尺度上,气温对NDVI的影响在生长季初和末期更为显著。     

大气向下长波辐射参数化模型在长白山地区的适用性

利用中国科学院长白山森林生态系统定位站的近地面气象观测数据,分析评价了目前被广泛使用的8个晴天与8个云天大气长波辐射参数化模型的模拟性能.结果表明:晴天时Satterlund模型最适用,其偏差(BIAS)与均方根误差(RMSE)分别是-23.34和28.55W·m-2;系数校正后,虽然其参数值变化不大,但其模拟效果有很大提高,BIAS与RMSE分别降低为-6.33和18.08 W·m-2;云天时Jacobs模型最准确,BIAS和RMSE只有0.38和29.29W·m-2.对模型中大气发射率的敏感性分析表明,大气发射率对水汽压的变化最敏感,对温度的变化不敏感.应用优选模型(晴天和云天)得到的模拟值与观测值的日变化趋势基本一致,但在云量发生突变的节点上模拟效果不太理想.     

森林蒸散模型参数的确定

以长白山阔叶红松林为研究对象,利用长白山阔叶红松林气象观测塔安装的常规气象梯度观测系统、开路涡动相关系统的观测数据,依据空气动力学基本理论与能量平衡方程建立了森林蒸散机理模型,确定了模型参数,即风速廓线稳定度订正函数φ_m、温度廓线稳定度订正函数φ_h和零平面位移高度d.其中,研究地的零平面位移高度d为17.8m,是平均冠层高度(26m)的0.68.同时,给出了φ_m和φ_h随梯度理查逊数R_i变化的数学表达式.     

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100 cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41 g·cm^-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98 g·cm^-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100 cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1 033.05 t·hm^-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.     

长白山红松年轮碳同位素与净初级生产力的关系

解析树木年轮碳同位素变化是揭示气候与环境变化的有效途径,然而少有研究分析年轮碳同位素对森林净初级生产力(NPP)的指示效应.基于生长季气象因子,分析了长白山红松年轮δ¹³C记录序列与阔叶红松林红松种群NPP变化趋势以及两者之间的相关关系.结果表明: 1970年以前,研究区红松年轮δ¹³C与红松种群NPP变化同步,且两者间呈极显著线性正相关关系,年轮δ¹³C记录了气候变化对红松种群NPP的影响;1970年以后,红松年轮δ¹³C与红松种群NPP变化出现分异,两者呈负相关关系但相关性不显著,表明干旱等其他环境因子的影响使年轮δ¹³C对气候变化的敏感性和对NPP指示性降低.这一相关关系在红松年轮δ¹³C与当年和下一年红松种群NPP之间都存在,表明当年环境状况对来年红松生长的重要意义.说明长白山红松年轮δ¹³C对红松种群NPP有良好的指示性,树木年轮δ¹³C有重建森林历史NPP长期变化的潜力.     

科尔沁草甸生态系统水分利用效率及影响因素

生态系统水分利用效率(WUE)是衡量碳水循环耦合程度的重要指标。利用科尔沁温带草甸草地碳水通量观测数据,对该生态系统总初级生产力水分利用效率(WUEGPP)的日季变化规律及对环境和生理因子的响应进行分析。结果表明:(1)WUEGPP日变化呈下降-稳定-上升的变化趋势,最大值出现在日出后1—2 h,阴天条件下WUEGPP高于晴天,生长中期WUEGPP高于生长初期和末期;(2)总初级生产力、总蒸散和WUEGPP季节变化均呈夏季高、春秋低的形式,生长季平均值分别为0.57 mg m-2s-1、0.08 g m-2s-1和5.97 mg/g,最大值分别为1.49 mg m-2s-1、0.16 g m-2s1和13.62 mg/g;(3)总初级生产力与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系;总蒸散与气温呈二次曲线关系,与饱和差、叶面积指数和冠层导度相关性均不显著;(4)WUEGPP与饱和差、气温和叶面积指数均呈二次曲线关系,与冠层导度呈对数曲线关系,饱和差、冠层导度和叶面积指数分别为2.0 k Pa、0.0015 m/s和4.2是控制WUEGPP增加的阈值;(5)净生态系统生产力水分利用效率(WUENEP)和净初级生产力水分利用效率(WUENPP)季节变化规律与WUEGPP一致,均值分别为3.47和5.47 mg/g。     

积雪对长白山阔叶红松林土壤温度的影响

2004-2007年对长白山阔叶红松林林地进行遮雪试验,观测了有雪、无雪覆盖的森林土壤温度和气温.结果表明:积雪对土壤温度变化有明显的缓冲作用,有雪覆盖减缓了土壤温度的变化; 积雪对浅层（0～20 cm）土壤有较好的保温作用,随雪深的增加,保温作用增大,雪深从10 cm 增至20 cm时保温作用的增幅最大,当雪深超过30 cm时,保温作用的增幅不明显; 融雪期土温经历0 ℃左右的恒温期后缓慢上升,恒温期的持续时间主要由冬季的雪深及其时间分布所决定.     

中国东部森林最大总初级生产力的时空分布特征及其影响因子

生态系统碳循环对温度的响应是全球变化生态学的重要研究内容之一。总初级生产力(GPP)随着温度的升高而升高,在最适温下达到最大值(GPP_(max)),之后随温度的升高而保持不变甚至下降,因此GPP_(max)代表着最适温度下的植被光合潜力。然而,关于森林生态系统GPP_(max)的时空分布和影响因子仍不清楚。本文以中国东部南北森林样带(NSTEC)上的长白山温带针阔混交林、会同亚热带杉木人工林、千烟洲亚热带常绿针叶人工林、鼎湖山亚热带常绿针阔混交林和西双版纳热带季雨林等5种典型生态系统为对象,利用涡度相关技术分析森林GPP_(max)的时空规律及其主要影响因素。结果表明:在所有森林生态系统中,GPP对温度的响应模式均为单峰曲线,最适温下的GPP_(max)表现为长白山温带针阔混交林千烟洲亚热带常绿针叶人工林西双版纳热带季雨林会同亚热带杉木人工林鼎湖山亚热带常绿针阔混交林。在所有的站点中,温度是引起GPP_(max)空间变异的最主要因素,GPP_(max)随温度的增加而减少。此外,太阳辐射、降水和饱和蒸汽压差也显著影响GPP_(max)。在时间尺度上,对每个森林生态系统GPP_(max)年际变异的对比分析发现,温度是长白山温带针阔混交林GPP_(max)年际变化的主要控制因子,5 cm土壤含水量是影响会同、千烟洲和鼎湖山通量观测系统GPP_(max)年际变异的主要因子,未发现影响西双版纳热季雨林年际变异的主要因子。本研究有助于理解未来气候变暖背景下GPP的变化趋势,并为中国碳循环的准确模拟提供实验证据和参数依据。     

特定化合物同位素分析技术在树木非结构性碳水化合物研究中的应用

特定化合物同位素分析(CSIA)可以实现对复杂基质中特定化合物稳定碳同位素组成(δ¹³C)的精确测定。应用此方法测定树木非结构性碳水化合物(NSC)中特定成分(如糖类、有机酸和糖醇)的δ¹³C,不仅能够追踪新同化的光合产物在树木中的运移及与外界的碳交换,还能够更敏感地指示树木生理状况对环境变化的响应。本文首先系统介绍了CSIA从样品采集、处理到δ¹³C测定的方法,然后综述了树木NSC中各成分之间及各成分在不同器官之间的δ¹³C差异,阐述了树木NSC的δ¹³C时间动态变化特征及内在机制,最后分析了NSC作为主要呼吸底物,其δ¹³C与树木呼吸释放CO₂的δ¹³C(δ¹³C_R)之间的联系,并针对CSIA分析技术在后光合分馏、树木逆境生理和年轮δ¹³C形成机制等研究的应用前景提出了展望。