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基于塔群的复杂地形下森林生态系统的co2储存通量估算的优化分析

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基于塔群的复杂地形下森林生态系统的CO2储存通量估算的优化分析

作者：吴尚明沈阳农业大学

学位级别：硕士

森林碳汇占陆地生态系统碳汇的80%以上,但估算存在巨大不确定性。涡度相关(EC)技术能够较小扰动测量净生态系统交换量(NEE)。基于EC技术估算NEE项是由co湍流通量(F)、co储存通量(F)和co平流通量(F)组成,其中,F对于地形复杂、冠层高大森... 详细信息

森林碳汇占陆地生态系统碳汇的80%以上,但估算存在巨大不确定性。涡度相关(EC)技术能够较小扰动测量净生态系统交换量(NEE)。基于EC技术估算NEE项是由co湍流通量(F)、co储存通量(F)和co平流通量(F)组成,其中,F对于地形复杂、冠层高大森林的碳汇计量十分重要,F通过廓线系统测量的理论基础是垂直剖面内一个周期开始与结束测量瞬时浓度之间差值计算,然而瞬时浓度就会存在很大的不确定性,一般采用时间平均来减少瞬时所带来的随机误差,但利用单塔廓线系统估算F一直存在较大挑战,所以若能优化廓线系统测量F的方法也能够帮助提升估算NEE的精度。针对估算森林生态系统F的难题,本研究以东北东部山区温带次生林生态系统塔群监测研究平台(简称:科尔塔群)为研究平台,分析了三种不同林型(1号塔-典型次生林、2号塔-蒙古栎林、3号塔-落叶松人工林),利用每座通量塔配置的co浓度廓线测量系统(垂直方向共8个进气口),分析三种不同林型F的分布特征,评价不同采样层配置方案对F测量的影响,探索提升F精度的数据质量控制方法,优化夜间通量数据,主要研究结果如下:(1)清原站三种不同林型通量塔估算的F具有典型温带森林日变化特征。日间波动小,且接近0;夜间波动频率高,主要在0值附近;最大变化量出现在昼夜转换期(清晨和傍晚)。消除冠层高度的影响之后,三个塔F的日变化以1号塔为最大,2号塔次之,3号塔最小,且三座塔在昼夜转换期由于冠层结构差异,导致co吸收和释放的峰值时间存在延迟。(2)发现不同垂直高度区域对于总的F甚至NEE的贡献与其体积占比不成比例,若比较单位面积F贡献,林冠下最大。不同林型廓线系统F的估算受采样层数和不同垂直区与垂直配置分布共同影响,三座塔从不同垂直高度区域的合理配置选出最优方案,与其冠层内部结构密切相关。因此若想优化廓线系统的配置,就要综合考虑站点的地形、冠层结构和大气热力分层。(3)复杂地形下廓线系统估算F会受到环境因子(地形、风、温度)的影响,三座塔的冠层上方都会形成逆温层阻碍co垂直方向的传输,另外,每座塔发生冠层解耦的概率很高。当夜晚湍流混合不足时,通过u*摩擦风速筛选方法进行优化后,能够很好的修正1号塔和3号塔清晨和傍晚F对NEE的贡献;夜间2号塔和3号塔F贡献出现明显偏差,这产生的可能原因是夜间发生冠层上下发生解耦而导致产生局部平流,尤其是夜间3号塔平流占主导地位,采用u*摩擦风速筛选方法可以减少co储存通量贡献35%低估,进而更好的估算NEE。本研究优化了廓线系统估算F的方法和校正夜间F对NEE的贡献,可为山地森林通量观测精度提升提供科学依据和理论参考。

关键词：净生态系统CO2交换量 co2储存通量廓线系统冠层解耦摩擦风速筛选

青藏高原高寒草甸生态系统co2通量研究进展

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草业科学 2012年第2期29卷 204-210页

作者：乔春连李婧梅王基恒葛世栋赵亮徐世晓中科院西北高原生物研究所青海西宁810008 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院高原生物适应与进化重点实验室青海西宁810008

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型，是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分，在区域碳平衡中起着极为重要的作用。本研究首先系统回顾了青藏高原高寒草甸生态系统co2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征... 详细信息

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型，是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分，在区域碳平衡中起着极为重要的作用。本研究首先系统回顾了青藏高原高寒草甸生态系统co2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征，以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统co2通量的影响；其次比较了青藏高原3种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值；最后针对青藏高原高寒草句生态系统co2通量研究现状，分析了当前存在的一些不确定性，展望了未来工作的重点。

关键词：高寒草甸 co2通量净生态系统CO2交换量温度

青海湖北岸高寒草甸草原生态系统co_2通量特征及其驱动因子

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植物生态学报 2012年第3期36卷 187-198页

作者：张法伟李英年曹广民李凤霞叶广继刘吉宏魏永林赵新全中国科学院西北高原生物研究所西宁810001 中国科学院高原生物适应与进化重点实验室西宁810001 青海省气象科学研究所西宁810001 青海省农林科学院生物技术研究所西宁810016 青海省海北牧业气象试验站青海海北810200

草甸草原是青藏高原的重要植被类型,与其他植被类型相比,其碳交换过程和驱动机理的研究仍较薄弱。利用青海湖东北岸草甸草原的涡度相关系统观测的连续数据(2010年7月1日-2011年6月30日),分析了草甸草原co2通量特征及其驱动因子。结果表... 详细信息

草甸草原是青藏高原的重要植被类型,与其他植被类型相比,其碳交换过程和驱动机理的研究仍较薄弱。利用青海湖东北岸草甸草原的涡度相关系统观测的连续数据(2010年7月1日-2011年6月30日),分析了草甸草原co2通量特征及其驱动因子。结果表明:草甸草原净生态系统CO2交换量(NEE)在植物生长季的5-9月,其日变化主要受控于光合光量子通量密度(PPFD);而非生长季(10月21日-4月19日)和生长季初(4月下旬)、末期(10月中上旬)NEE的日变化主要受气温(Ta)的影响。co2日最大吸收值和释放值分别出现在7月1日(11.37gco2·m-2·d-1)和10月21日(4.04gco2·m-2·d-1)。逐日NEE主要受控于Ta,两者关系可用指数线性(explinear)方程表示(R2=0.54,p生态系统的呼吸熵(Q10)为2.42,总呼吸(Reco)约占总初级生产力(GPP)的74%。生长季适度的昼夜温差(系统的碳蓄积。研究时段该草甸草原作为碳汇从大气吸收271.31gco2·m-2。

关键词：昼夜温差涡度相关净生态系统CO2交换量植被指数呼吸熵

青藏高原高寒灌丛生态系统co_2通量年变化特征研究

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草地学报 2011年第6期19卷 910-916页

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛co2通量进行连续观测(2003年1月1日至2... 详细信息

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛co2通量进行连续观测(2003年1月1日至2005年12月31日),结果表明:2003,2004和2005年高寒灌丛年净生态系统CO2交换量分别为223,277和61g co2.m-2.a-1,3年平均co2值为187g co2.m-2.a-1;与其他地区草地生态系统类型相比,在为期3年的研究时段海北地区高寒灌丛生态系统表现为大气co2的汇。

关键词：高寒灌丛 co2通量年变化净生态系统CO2交换量

散射辐射对西藏高原高寒草甸净生态系统co_2交换的影响

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地理研究 2009年第6期28卷 1673-1681页

作者：范玉枝张宪洲石培礼中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

2003-2006年在当雄草原站用涡度相关法对西藏高原广泛分布的高寒草甸生态系统的碳通量和常规气象数据进行了连续观测。基于这些数据,根据净生态系统CO2交换量（NEE）对晴朗指数（k）和土壤温度的响应特征,分析了净生态系统CO2交换量与... 详细信息

2003-2006年在当雄草原站用涡度相关法对西藏高原广泛分布的高寒草甸生态系统的碳通量和常规气象数据进行了连续观测。基于这些数据,根据净生态系统CO2交换量（NEE）对晴朗指数（k）和土壤温度的响应特征,分析了净生态系统CO2交换量与散射辐射之间的关系。依据地面接受的散射辐射量把天气划分为云隙天、晴天和多云天。结果表明,散射辐射不能提高西藏高原高寒草甸生态系统的碳吸收水平。该生态系统的碳收支过程主要受光合有效辐射控制,碳排放过程主要受土壤温度控制;且NEE随k的变化趋势受散射辐射的影响较小,生态系统碳收支更多地受太阳辐射对土壤强烈加温的影响。三种散射辐射天气条件下,NEE随k的变化趋势基本一致,先增加后减小;NEE达最大值时的土壤温度皆为15℃左右,k值皆为0.7-0.8。

关键词：高寒草甸生态系统散射辐射西藏高原净生态系统CO2交换量

青藏高原高寒草甸生态系统co2通量研究进展

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山地学报 2012年第2期30卷 248-255页

作者：乔春连李婧梅王基恒葛世栋赵亮徐世晓中国科学院西北高原生物研究所中国科学院研究生院中国科学院高原生物适应与进化重点实验室

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型co2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统... 详细信息

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。基于对青藏高原主要高寒草甸生态系统类型co2通量研究方面的综述,系统分析了高寒草甸生态系统co2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统co2通量的影响;同时,结合其他地区草地生态系统,就青藏高原三种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值进行了比较;最后,结合青藏高原高寒草甸生态系统co2通量研究的现实与需要,提出了当前存在一些不确定性和有待深入研究的问题。

关键词：高寒草甸 co2通量净生态系统CO2交换量温度

干旱对青藏高原腹地高寒草地生态系统净co_2交换的影响（英文）

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Journal of Resources and Ecology 2013年第4期4卷 327-336页

作者：赵玉萍张宪洲石培礼王景升武建双生态系统网络观测与模拟重点实验室中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院大学北京100049

干旱对草地生态系统NEE有深刻影响。基于涡度相关技术提供的碳通量及小气候数据,研究了2009年当雄高寒草地生态系统的碳交换特征及其主控因子,同时分析了干旱的可能影响。5-7月初及9月发生的干旱导致草地GLAI、ALB和GPP较低,6月中旬到7... 详细信息

干旱对草地生态系统NEE有深刻影响。基于涡度相关技术提供的碳通量及小气候数据,研究了2009年当雄高寒草地生态系统的碳交换特征及其主控因子,同时分析了干旱的可能影响。5-7月初及9月发生的干旱导致草地GLAI、ALB和GPP较低,6月中旬到7月初碳吸收一度下降。干旱使6、7月份NEE日变化进程发生改变。同时,NEE和GPP的季节变化也受到干旱影响。由于干旱导致生态系统吸收能力降低,7月3日出现NEE日净碳排放最高值(0.9 g C m-2d-1)。5-7月的NEE月总量均大于0,且逐月增加。该草地2009年的GPP和NEE分别为-158.1和52.4 g C m-2。日均θ生态系统水分状况(θ、PPT或VPD)对GPP的影响大于Ta。Reco主要受控于Ta、GLAI、PAR和PPT,且其影响力依次降低。GLAI的季节变化可解释NEE和GPP变异的60.7%和76.1%。当雄高寒草地生态系统水分条件的年际变化可能是影响NEE年际变异的主要因子。

关键词：净生态系统CO2交换量高寒草地生态系统干旱 GLAI 青藏高原

鄱阳湖南矶湿地生态系统co2通量变化特征及影响因素研究

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鄱阳湖南矶湿地生态系统CO2通量变化特征及影响因素研究

作者：王莉莉江西师范大学

学位级别：硕士

目前,在全球变暖的背景下,湿地生态系统碳循环研究已经成为热点。湿地影响着co和CH等温室气体固定和释放,因而湿地的碳通量研究具有重要意义。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,其湿地的co通量监测与研究对湖泊湿地的碳循环以及对气候的响应... 详细信息

目前,在全球变暖的背景下,湿地生态系统碳循环研究已经成为热点。湿地影响着co和CH等温室气体固定和释放,因而湿地的碳通量研究具有重要意义。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,其湿地的co通量监测与研究对湖泊湿地的碳循环以及对气候的响应的研究有着重要的作用。本研究基于涡度相关技术,连续监测了2015年4月-2017年9月鄱阳湖南矶湿地生态系统与大气界面之间的co通量。本文分析了鄱阳湖南矶湿地野外综合试验站所测得的环境要素变化,并总结了不同时间尺度下鄱阳湖南矶南矶湿地净生态系统co交换量(NEE,net ecosystem co exchange)的变化特征,以及讨论了净生态系统co交换量变化的影响要素。得到以下主要结论:(1)鄱阳湖南矶湿地各个月份的月均净生态系统co交换量的日变化具有明显的差异。未淹水期(2015年4-5月、2015年8-10月、2016年4月、2016年9月-2017年5月、2017年9月),月均净生态系统co交换量的日变化大致呈现“U”型曲线,峰值不一,日变化幅度大,日间基本湿地生态系统表现为吸收co,夜间释放co。月均NEE范围为-17.45.11μmol˙m˙s。淹水期(2015年7月、2016年5-8月、2017年6-8月),月均净生态系统co交换量的日变化无明显规律,波动幅度小。月均NEE范围为-2.89.81μmol˙m˙s。(2)鄱阳湖南矶湿地净生态系统co交换量的季节性不显著,但年际之间的差异很大。湿地净生态系统co交换量日累计最小值-332.29 g˙md;日累计最大值为986.38 g˙md。其湿地的月累计净生态系统co交换量存在明显差异,各个月份的co通量存在明显的不同,月累计NEE的变化范围为-1172.74g˙m˙month820.85 g˙m˙month。(3)从已有的数据结果来看,观测期内2015年鄱阳湖南矶湿地NEE的总量为-1918.08 g˙m,此时该湿地生态系统吸收co,表现为碳汇。2016年NEE的总量为4646.28 g˙m,此时该湿地生态系统向大气释放co,表现为碳源。2017年NEE的总量为4000.58 g˙m,该湿地生态系统表现为碳源。(4)因鄱阳湖高动态水位的变化,致使其湿地生态系统co交换量影响因素的影响机理与其他湿地生态系统存在较大的差异。研究表明,该湿地生态系统净生态系统co交换量均与光合有效辐射、气温、土壤温度、水位相关。其净生态系统co交换量与光合有效辐射的相关系数最大,表明日间,湿地净生态系统co交换量主要受光合有效辐射的影响。

关键词：净生态系统CO2交换量涡度相关技术南矶湿地鄱阳湖

基于涡度相关技术估算植被/大气间净co_2交换量中的不确定性

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地球科学进展 2004年第4期19卷 658-663页

作者：温学发于贵瑞孙晓敏中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

近年来,涡度相关技术的进步使陆地生态系统co2通量的长期和连续观测成为可能。目前,涡度相关技术是全球通量观测网络(FLUXNET)测定植被/大气间co2通量的主要技术手段,但绝大部分co2通量观测站点都处于非典型的理想条件下,不能完全满足... 详细信息

近年来,涡度相关技术的进步使陆地生态系统co2通量的长期和连续观测成为可能。目前,涡度相关技术是全球通量观测网络(FLUXNET)测定植被/大气间co2通量的主要技术手段,但绝大部分co2通量观测站点都处于非典型的理想条件下,不能完全满足涡度相关技术的基本假设条件,从而导致基于涡度相关技术估算植被/大气间净生态系统CO2交换量的不确定性。系统介绍了涡度相关技术的基本假设,基本理论公式和误差的类型与特征等理论问题,重点阐述了通量测定中仪器本身的物理限制、二维和三维的气流运动、数据处理的方法和夜间通量的低估等不确定性的主要来源,并据此对通量观测研究中需要优先考虑的问题提出一些建议。研究认为数据质量控制与分析以及误差评价是不同通量站点间的结果比较和全球尺度综合分析的过程中需重点考虑的问题。

关键词：涡度相关技术净生态系统CO2交换量 co2通量非理想条件不确定性