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气象学报 2011年第5期69卷 819-829页

作者：申双和张雪松欧阳竹江苏省农业气象重点实验室南京210044 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 中国科学院生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和... 详细信息

综合考虑农田生态系统中水、热、CO2输送所涉及的大气、水文、生物等生物物理过程,以Farquhar等提出的叶片尺度光合作用生物化学过程机理模型为理论基础,对其进行空间尺度扩展,并改进冠层分层方法,建立了均匀农田与大气之间物质输送和能量交换的多层模式,在模式中运用双叶模型,同时考虑叶片氮素水平垂直差异,对2008年4—5月华北平原冬小麦生长旺季农田生态系统中冠层CO2通量进行了模拟研究,并利用涡度相关观测的通量数据对模型的有效性加以验证,结果表明:在冠层多层空间,小麦拔节至孕穗期和开花至乳熟期叶片氮含量随冠层高度的衰减系数分别为0.793(R2=0.698)和1.374(R2=0.728),冠层内叶片氮含量的空间分布可以用以相对累积叶面积指数为自变量的函数来描述;模型分别计算各层阴、阳叶的光截取、气孔传导、光合作用等,最终计算冠层上方CO2通量,冬小麦农田净生态系统生产力模拟值与实测值相关显著(R2=0.78),模拟的CO2通量日变化特征晴天昼间比阴雨天和夜间的效果好;在考虑丛聚影响的叶片非随机分布的密集农田中,阴叶对总初始生产力的贡献率在35.7%左右,对生产力贡献很重要。分层统计显示,作物最终产量的形成主要依赖上部叶片,对总初始生产力贡献率在80%以上,模型估算的试验期冬小麦净初始生产力累计约为626.3g/m2。

关键词： CO2通量双叶模型多层模拟冬小麦冠层农田生态系统

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棉花阴、阳叶的气孔导度和光合作用观测对比及模型应用

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南京气象学院学报 2008年第4期31卷 468-472页

作者：申双和陶寅张方敏南京信息工程大学应用气象学院江苏南京210044

以实验观测数据为基础,对棉花阳叶和阴叶光合速率、气孔导度的变化进行比较,通过双叶模型和大叶模型对冠层光合作用进行对比分析,结果表明,大叶模型的计算结果普遍高于双叶模型,总体高出13%。由此可见,过去在研究植被—大气碳交换中使... 详细信息

以实验观测数据为基础,对棉花阳叶和阴叶光合速率、气孔导度的变化进行比较,通过双叶模型和大叶模型对冠层光合作用进行对比分析,结果表明,大叶模型的计算结果普遍高于双叶模型,总体高出13%。由此可见,过去在研究植被—大气碳交换中使用大叶模型估算植物光合作用会夸大碳汇的作用。

关键词：棉花大叶模型双叶模型光合作用气孔导度

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光能利用率模型对散射辐射效应估算的评估与改进

光能利用率模型对散射辐射效应估算的评估与改进

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作者：刘巧珍浙江师范大学

学位级别：硕士

总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)是植被在单位时间单位面积上生产的全部有机物量,精准评估陆地生态系统GPP的时空格局,对理解全球碳循环过程和实现“双碳”目标有重要的现实意义。太阳辐射中的散射辐射作为重要环境因素,... 详细信息

总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)是植被在单位时间单位面积上生产的全部有机物量,精准评估陆地生态系统GPP的时空格局,对理解全球碳循环过程和实现“双碳”目标有重要的现实意义。太阳辐射中的散射辐射作为重要环境因素,其数量和质量的变化会影响GPP的评估。尽管许多光能利用率(LUE)模型考虑了散射辐射的影响,但由于不同模型计算散射辐射影响的方式差异,导致各LUE模型在模拟GPP时产生了很大的偏差。因此,亟须定量探究LUE模型对散射辐射效应的评估精度。本文首先量化四个LUE模型对散射辐射效应的估算精度,然后通过加入散射辐射对阴阳叶的最大光能利用率的影响,开发了考虑散射辐射效应的双叶 LUE 模型(Diffuse radiation Two-leaf Light Use Efficiency,DTL-LUE),最后以该模型探究2000-2020年中国地区GPP的时空分布规律。研究内容和结论如下:(1)以辐射利用效率(RUE)作为四个LUE模型(TEC模型;VPM模型;EC-LUE模型;DTEC模型)评估散射辐射效应的物理指标,在100个FLUXNET森林点位上对模型与站点间的RUE进行误差分析,并探究了 RUE随不同散射辐射比例的变化情况。研究发现:大叶模型(TEC和VPM模型)只有在散射辐射比例较低时(低于0.3)模拟的RUE能够体现出随散射辐射比例的增加而升高的变化趋势,双叶模型在大多数散射辐射比例间隔内能显示出上升的RUE变化特征。然而,总的来说四个LUE模型估算得到的“散射辐射施肥效应”与FLUXNET相比偏差较大。这可能是由于模型未考虑散射辐射对冠层最大光能利用率(LUE)的影响造成的,因而在模型中加入散射辐射影响因子可以提高模型对散射辐射效应的估计精度。(2)结合四个LUE模型的散射辐射效应的误差结果,我们发现在冠层最大光能利用率(LUE)的计算中加入散射辐射比例可以极大地提高模型评估精度。因而,开发了区分直射与散射辐射对植被阴阳叶最大光能利用率(ε、ε)影响的DTL-LUE模型。并以涵盖9种植被类型的181个FLUXNET站点数据进行模型的校准与验证。验证结果显示:在9种植被类型下,改进的DTL-LUE模型得到的ε与ε分别为 0.60～1.19gC·MJ,1.72～3.31gC · MJ,其中ε是ε的2.5-3.5 倍。FLUXNET计算的每个植被类型的RUE都呈现出随散射辐射的增加而上升的变化趋势,DTL-LUE得到的RUE也能显示这种变化趋势。此外,对比三个双叶模型(DTEC、EC-LUE、DTL-LUE模型)与FLUXNET之间的RUE均值偏差,发现DTL-LUE模型的RUE均值偏差最小,且在所有植被类型下都低于0.45 gC · MJ。而对比三个双叶模型的RUE累计差值,发现DTL-LUE模型相较于另外两个双叶模型(DTEC、EC-LUE模型)对森林的RUE累计差值的模拟,分别减少了 90～100 gC·MJ,250～500 gC · MJ;(3)结合MODIS叶面积指数(LAI)数据、CERES直射与散射辐射数据、ECMWF的空气温度与露点温度以及MOD12植被类型数据,生成了中国地区2000-2020年DTL-LUE GPP产品。该产品的时间分辨率为每日尺度,空间分辨率为1°×1°。我们发现中国地区2000-2020年的GPP总体呈现由西北向东南方向递增的变化趋势,且GPP年均值大致为0-2800 gC · my。20年来GPP总体呈现上升的趋势,上升地区的面积占陆地总面积的73%,年均增幅为0～64 gC·my;下降地区的面积约占陆地总面积的5.2%,年均降幅为9.6 gC·my。20年间中国地区的GPP总体呈现指数增长,年均增速为13 gC·my,其中森林类型的GPP增加最为明显,其次是农田,而草地的GPP增加最慢。

关键词：散射辐射效应总初级生产力光能利用率模型双叶模型时空分析

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棉花阴、阳叶的生理特征对比以及光合模型应用研究

棉花阴、阳叶的生理特征对比以及光合模型应用研究

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作者：陶寅南京信息工程大学

学位级别：硕士

植物冠层的能量交换、蒸散和CO交换都取决于叶片的气孔控制。在大多数关于气候模式和碳的模型中的陆地部分中，处理这种控制是有必要的。目前已有许多气孔导度对大气和土壤环境的响应模型。其中将整个冠层当作一张大叶片来处理的“大叶... 详细信息

植物冠层的能量交换、蒸散和CO交换都取决于叶片的气孔控制。在大多数关于气候模式和碳的模型中的陆地部分中，处理这种控制是有必要的。目前已有许多气孔导度对大气和土壤环境的响应模型。其中将整个冠层当作一张大叶片来处理的“大叶模型”会高估CO通量和水汽通量，而区分阳叶和阴叶的“双叶模型”则会大大克服这些误差。为了论证这个观点，本文以对棉花的试验观测数据为基础，建立了一个关于光合作用、气孔导度、蒸腾速率和能量交换的多层双叶模型。具体内容为：(1)对分别处于不同的受光环境中的阳叶和阴叶的气象特征——光合作用、气孔传导率、蒸腾速率、辐射吸收状况等——逐一对比分析并且描绘出了各自的时间变化趋势和空间分布廓线，证明了在模型中区分阳叶和阴叶的必要性;(2)修正了气孔导度对光合作用的响应建立了双叶模型，并且将之从叶片水平应用到冠层水平中。通过该模型与大叶模型对光合特性的计算进行对比，结果表明，大叶模型的计算结果普遍高于双叶模型，总体上高出约13％。由此可见，过去在研究植被—大气碳交换中使用大叶模型估算植物光合作用会夸大碳汇的作用。

关键词：棉花双叶模型光合作用气孔导度蒸腾作用

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棉花阴、阳叶的气孔导度和光合作用观测对比及模型应用研究

棉花阴、阳叶的气孔导度和光合作用观测对比及模型应用研究

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粮食安全与现代农业气象业务发展——2008年全国农业气象学术年会

作者：申双和陶寅张方敏南京信息工程大学应用气象学院

植物的阳叶和阴叶分别处于不同的光环境中,气孔的生理特性对环境的响应不同,所以在计算冠层光合作用时区分不同受光叶片非常必要。本文以实验观测数据为基础,对棉花阳叶和阴叶的光合速率、气孔导度的变化等进行了比较,通过双叶模型和大... 详细信息

植物的阳叶和阴叶分别处于不同的光环境中,气孔的生理特性对环境的响应不同,所以在计算冠层光合作用时区分不同受光叶片非常必要。本文以实验观测数据为基础,对棉花阳叶和阴叶的光合速率、气孔导度的变化等进行了比较,通过双叶模型和大叶模型对冠层光合作用计算结果进行对比分析,结果表明,大叶模型的计算结果普遍高于双叶模型。

关键词：棉花大叶模型双叶模型光合作用

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