天目山常绿、落叶阔叶混交林生长季能量通量及平衡分析

为探讨森林生态系统的能量平衡关系,利用开路涡度相关系统和常规气象仪器的观测结果,分析了2014年天目山常绿、落叶阔叶混交林生长季的能量通量变化特征,并计算了波文比及其能量闭合度.结果表明:生长季净辐射总量为1 810.2MJ·m~(-2),潜热通量、显热通量和土壤热通量分别为1 033.0、727.7和53.8 MJ·m~(-2),潜热通量占净辐射的57%,显热通量占净辐射的40%,土壤热通量占净辐射的3%;生长季能量闭合度为1.002,月平均能量闭合度为0.99.     

兴安落叶松林生长季碳通量特征及其影响因素

【目的】对寒温带兴安落叶松林生态系统生长季碳通量及其主要环境因子进行观测研究,探明兴安落叶松林生态系统生长季碳、水、热交换特征和变异规律及其相互作用关系,为兴安落叶松生态系统碳源/汇的评估提供基础数据。【方法】在内蒙古大兴安岭地区林龄为100~120年的兴安落叶松原始林内建立观测点,采用涡度相关通量观测技术,进行生长季兴安落叶松-大气之间的CO2通量、潜热通量和感热通量以及降雨量、土壤含水率、土壤温度、气温、光合有效辐射等主要环境因子的连续观测,并进行了兴安落叶松林CO2通量与光合有效辐射、土壤温度和土壤含水率的相关性分析。【结果】兴安落叶松林CO2通量有明显的日变化规律,从06:00开始为碳吸收,12:30-13:30达到峰值,随后逐渐下降;从约18:00开始,CO2通量值从负值转变为正值,开始进行碳释放,一直持续到次日凌晨06:00;在生长季白天表现为碳汇,夜间为CO2排放;6、7和8月份CO2通量平均日变化分别为-0.64,-0.88和-0.46mg/(m2·s),固碳、碳释放最大值均出现在7月份,分别为-1.09和0.19mg/(m2·s)。兴安落叶松林潜热通量、感热通量日变化特征表现为昼夜主要吸收H2O和热,变化范围分别为-100~500 W/m2和-100~400W/m2。CO2通量与光合有效辐射呈指数相关(6月R2=0.467,7月R2=0.759,8月R2=0.623),光合有效辐射越强碳汇能力越大;与土壤温度呈指数相关(6月R2=0.381,7月R2=0.425,8月R2=0.442),CO2通量随着土壤温度的升高而显著增加;与土壤含水率呈线性相关,在7月份相关性较高(R2=0.487),但总体相关性相对较低。【结论】兴安落叶松林生态系统CO2通量、潜热通量和感热通量月均日变化具有明显的特征,不同月份间通量变化存在一定的差异,但变化趋势和规律基本一致。CO2通量主要受光合有效辐射及土壤温度和含水率的影响,光合有效辐射越强生态系统碳汇能力越大,土壤温度和含水率越高,CO2通量越大;且与光合有效副射和土壤温度的相关性较高。     

海南岛橡胶林能量平衡研究

基于涡度相关系统对海南儋州橡胶林生态系统长期定位观测,获取橡胶林生态系统2013年5月-2014年4月有效能、湍流能以及各种气象数据,分析其能量平衡过程以及能量闭合度。结果表明:1）显热通量（H）、潜热通量（LE）、土壤热通量（G）与净辐射通量（Rn）日变化趋势相似,都为单峰型。雨季LE明显大于旱季,不同季节H差异不明显。雨季白天LE远高于H。G在数值上与Rn差1～2个数量级,且变化滞后于Rn变化。2）冠层热储量（S）、显热储量（Sa）和潜热储量（Se）变化趋势均为倒“S”型,但S、Se变化趋势与Sa变化趋势相反。橡胶林冠层热储量,Se贡献更大。3）雨季波文比都远<1,即雨季净辐射主要用于潜热输送。旱季波文比较雨季大,平均值为0.8,说明整个旱季水汽传输与显热输送消耗能量比重相当。4）各能量通量分量均表现为净辐射（Rn）>潜热通量（LE）>显热通量（H）>土壤热通量（G）>冠层热储量（S）。雨季潜热通量（LE）所占净辐射比例达76.28%,显热通量仅为15.32%;旱季潜热通量（LE）、显热通量（H）占净辐射通量比例分别为:43.69%、31.74%。5）橡胶林能量不闭合度雨季低于旱季。半小时尺度上旱季不闭合度为33%,雨季不闭合度为24%,全年不闭合度为27%,与中国通量网（ChinaFLUX）研究结果相比,处于中等水平。日尺度全年能量闭合度为13.82%,全年月尺度能量不闭合度为13.41%。     

兴安落叶松林水热通量变化特征及空间代表性

以兴安落叶松林为研究对象,利用涡度相关系统观测数据和气候学足迹,分析了兴安落叶松林生长季不同时间尺度水热通量的变化和通量源区的分布特征。结果表明:典型天气状态下兴安落叶松林的水热通量日变化特征呈现单峰曲线。在典型多云状态下,水热通量受云层遮挡,变化波动性较大,整体上与净辐射通量的变化趋势保持一致;在典型晴天状态下,兴安落叶松林在生长旺季水热通量达到峰值后逐渐下降。在水热通量和净辐射通量的月变化上,8月份最大风向上的通量源区面积小于9月份,兴安落叶松林生态系统处于生长旺季的源区面积小于其他时期。     

用涡动相关技术观测长白山阔叶红松林蒸散特征

该文利用开路涡动相关系统测定了长白山阔叶红松林2003年蒸散量(潜热通量LE),并分析了其日、季变化特征.结果表明,该观测系统的能量平衡闭合度为86.5%,处于国际同类观测闭合度范围(60%～90%)的中上水平,说明长白山涡动相关法观测数据可信度较高.潜热通量与净辐射(Rn)呈二次曲线关系,与气温(Ta)呈指数关系,模拟出的LE日总量与Rn、Ta经验关系式,可对LE缺值进行插补.森林蒸散量日变化特点是白天高于夜间,中午最高,夜间潜热通量和显热通量(H)有低估的现象;季节变化特点是7、8月份蒸散量最高,冬季较低,且蒸散量在净辐射中所占的比例为生长季明显高于非生长季.该森林蒸散年总量为1 126.99 MJ/m2,相当于450.8 mm降水量,占年总降水量(538.4 mm)的83.7%. 关键词:森林蒸散, 能量平衡, 涡动相关法, 阔叶红松林      

辽宁冰砬山长白落叶松林能量平衡和蒸散的研究

利用辽宁冰砬山长白落叶松林内小气候梯度观测塔观测数据,采用波文比-能量平衡法(BREB),计算出冰砬山长白落叶松林的热量平衡各分量和蒸散量,研究生长季和非生长季能量平衡特征和蒸散量的差异.分析了冰砬山落叶松林的净辐射、潜热通量和湍流热交换通量日变化趋势及其形成原因.结果表明:生长季森林生态系统主要能量支出项为潜热通量(LE),平均占能量平衡的65.44%.非生长季主要能量支出项为感热通量(H),平均占能量平衡的64.94%;生长季森林蒸散量明显大于非生长季森林蒸散量,生长季平均日蒸散量(2.6mm)是非生长季平均日蒸散量(0.3mm)的8倍.冰砬山长白落叶松林全年蒸散量531.4mm,占同期降水量(707.9mm)的75.1%.     

环境因子对兴安落叶松林生态系统CO2通量的影响

采用涡度相关技术,研究了主要环境因子与兴安落叶松林生态系统CO2通量的关系。结果表明: 1)生长季,CO2通量表现出较显著的日变化特征,白天为碳吸收阶段, 12:30—13:30 CO2通量吸收出现峰值,而夜间为碳排放阶段,昼夜CO2通量变化幅度在-1.09~0.11mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现出较强的碳汇特征;非生长季,昼夜CO2通量变化幅度在0~0.3mg/(m2·s)之间,生态系统整体表现为碳源。2)生长季光合有效辐射(PAR)与CO2通量呈对数相关(R2=0.4861),随PAR增强,生态系统碳汇能力增大,PAR是CO2通量的直接影响因子;非生长季CO2通量与PAR相关性不显著。3)在生长季,兴安落叶松林CO2通量与气温(ta)有很好的相关性,决定系数R2为0.6272,CO2通量随ta的升高而降低,ta是兴安落叶松林生态系统CO2通量的主要限制因子;非生长季的12月至次年2月份,气温的变化对CO2通量无显著作用。4)土壤温度(ts)和含水率(RH)对CO2通量的影响,主要体现在生态系统呼吸(Re)上,兴安落叶松林生态系统的土壤含水率在62%~87%之间,土壤含水率达到67%以上时,CO2通量基本上不受土壤水分大小的影响。在水分不成为CO2通量限制因子的情况下,土壤温度对兴安落叶松林生态系统CO2通量影响起主要作用,研究表明:土壤温度与CO2通量呈指数相关(生长季R2=0.2826,非生长季R2=0.2223);即在适当的温度范围内,土壤温度的升高会加速植物和微生物的代谢,从而增强森林生态系统的呼吸作用,促进CO2排放。      

寿县小麦下垫面能量平衡闭合状况分析

利用涡度相关法观测小麦下垫面的潜热和显热通量与净辐射通量、土壤热通量,采用线性回归,能量平衡比率和相对残差频率分布3种统计方法对涡度相关法通量观测的稻田能量平衡闭合状况进行了评价.结果表明,在小麦生态系统中存在能量不闭合现象,麦田能量平衡比率为0.91,能量闭合程度较高;在假定常规的有效能量测定正确的前提下,可以认为涡度相关测定的湍流通量可能被低估了.     

黄河三角洲刺槐人工林土壤热通量的变化特征

为进一步研究黄河三角洲盐碱地区土壤-植被-大气连续体的作用机理并为热量平衡研究提供基础数据,本试验以黄河三角洲盐碱地区长期生长的刺槐人工林为对象,利用黄河三角洲森林生态系统定位研究站2016年度观测数据,研究了该地区刺槐人工林土壤热通量的变化特征及其与地表净辐射的关系。结果表明:10、20 cm土层土壤热通量日变化基本呈现"S"型变化,且随土壤深度增加振幅减小;两层土壤热通量的月累积总量在3—8月为正值,其它月份为负值;两层的年总土壤热通量分别为-23. 85、-12. 97 MJ/m~2,占地表净辐射(720. 07 MJ/m~2)的比例分别为-3. 31%、-1. 80%,土壤均表现为热源;在日尺度、月尺度水平上,土壤热通量与地表净辐射分别呈极显著和显著正相关;土壤热通量对地表净辐射的反馈存在延时效应,延时5 h的10 cm土层土壤热通量和延时9 h的20 cm土层土壤热通量与地表净辐射相关性最高。本研究得出土壤热通量与地表净辐射关系密切,这对研究土壤-植被-大气连续体中地气能量交换和热量平衡具有重要意义。     

红松人工林能量环境与光能利用率的研究

以黑龙江省帽儿山地区28年生的红松人工林为研究对象,对到达林冠作用层的太阳总辐射、直接辐射、散射辐射以及林分辐射平衡的日变化和季节变化规律分别进行了详细分析,揭示了红松人工林的能量环境特点。在一个生长季内到达红松人工林林冠上层的太阳总辐射为2580.64MJ/m~2,其中直接辐射为1508.52MJ/m~2,散射辐射为1072.12MJ/m~2;透过林冠到达林地的太阳辐射为277.25MJ/m~2,透射率为10.74％。森林通过光合作用固定下来的有机物以生物能量表示的年净生产量为16.89MJ/m~2,生长季内系统接受的太阳净辐射为1091.88MJ/m~2,从而推算出以生长季内太阳净辐射为基础的红松人工林的光能利用率为1.55％。     

麦田CO_2通量、热通量特征分析

为了评价麦田生态系统CO2通量和热通量变化特征以及CO2的收支状况,利用郑州农业气象试验站2009年10月-2010年6月冬小麦生育期内涡度观测数据,分析了麦田CO2通量、热通量变化特征。结果表明:净辐射、潜热通量、显热通量和土壤热通量日变化表现为明显的单峰特征,最大值一般出现在正午前后。其中,净辐射通量、显热通量和土壤热通量的季节变化特征较为一致,均为苗期<中期<后期;潜热通量受到叶面积指数(LAI)的影响,季节变化特征为苗期<后期<中期;CO2的季节变化特征受到LAI、热通量和下垫面特征的共同影响,形成1个CO2吸收高峰的U型曲线,季节变化特征为前期<后期<中期。冬小麦农田CO2、热通量具有明显的日变化和季节变化特征,麦田生态系统总体表现为CO2的汇。     

小麦水热、CO_2通量特征和能量平衡分析

[目的]对河北栾城小麦水热、CO2通量特征和能量平衡进行分析。[方法]基于栾城站利用涡度相关技术观测的2008年小麦水热、CO2通量数据及常规气象、生物量等数据,分析小麦水热、CO2通量特征和能量平衡闭合状况。[结果]①潜热、感热、CO2通量表现出明显的日、季变化特征,潜热、感热通量日变化呈倒"U"型,CO2通量"U"型,且通量日峰值存在较大差异;②潜热、感热、CO2通量的强度变化与环境因子有较大关系:三者对光强、净辐射的反应较为敏感,相关系数分别达0.92、0.66、0.65及0.90、0.69、0.74,且晴天更好,对气温也较为敏感,潜热通量,特别是在降水后对土壤含水量反应较敏感;③小麦农田能量平衡闭合度为0.91,存在明显的不闭合现象,而且在不同月份、一天不同时段,闭合程度也不同,能量平衡不闭合的主要原因是测量误差和忽略热储量等。[结论]该研究得到了小麦农田生态系统水热通量及CO2通量特征、传输机制及其影响因子,可为揭示作物冠层蒸散、光合与水分利用效率关系、能量分配等的机制提供科学依据。     

兴安落叶松林水分利用效率及其响应的环境因子

为系统研究大兴安岭地区兴安落叶松(Larix gmelini Rupr.)林水分利用效率及其驱动因子,采用涡度技术进行碳水通量的测定并计算水分利用效率,使用气象观测塔对环境因子进行监测,利用相关分析和逐步回归分析法,分析兴安落叶松林水分利用效率动态特征及其驱动因子。结果表明:水分利用效率生长季日变化大体呈单峰倒"U"型分布;6—8月份水分利用效率相比5、9月份变化的幅度较大;生长季水分利用效率的驱动因子为太阳辐射、空气温度、空气相对湿度、蒸汽压亏失、土壤温度、土壤热通量、土壤含水量,各月份水分利用效率的驱动因子略有差异。     

新疆典型绿洲农田陆面过程特征的模拟研究

【目的】验证Co LM陆面模式对新疆典型绿洲农田生态系统的模拟效果,分析绿洲农田生态系统陆面过程特征。【方法】利用新疆沙湾县典型绿洲农田站点乌兰乌苏试验站2009~2010年两年的气象数据驱动陆面模式,验证模型精度,分析新疆典型绿洲农田生态系统能量分配,及其日、季变化特征。【结果】乌兰乌苏站站点能量通量表现为净辐射通量潜热通量感热通量,能量分配以潜热通量为主;Co LM陆面模式对站点能量通量的模拟结果较好。【结论】模型对各个能量分量的日变化、季节变化特征模拟均较好,但是对感热通量在农田生长季的模拟不理想,模拟值较高。     

三江平原大豆田湍流热通量研究

【目的】明确大豆田地表湍流热通量变化特征及其规律,为阐明大豆田地表能量平衡奠定基础。【方法】以三江平原大豆田为研究对象,基于涡度相关数据分析大豆生长季地表湍流热通量的日变化、季节变化、地表水分平衡和地表能量分配特征及其主控因子。【结果】大豆田地表潜热和感热通量日变化均表现为明显的单峰特征。潜热通量季节变化特征明显,一般于6月下旬至7月上旬达到最大值,其与净辐射呈显著线性正相关关系,但当降水量较少时也与降水量呈显著线性正相关关系。 大豆田地表感热通量整体呈下降趋势,亦与净辐射呈显著线性正相关关系,但感热通量Hs和Hs/Rn均与降水量呈显著负相关关系。大豆生长季内降水总量明显大于蒸散总量,但降水分布不均也会使得短期内出现水分收支亏缺。2005-2007年,大豆田波文比季节变化特征不完全相同,波文比与降水量和叶面积指数均呈显著负相关关系。【结论】三江平原大豆田潜热和感热通量单峰日变化特征显著,生长季内大豆地表水分盈余。净辐射、降水量和植被发育是影响大豆田潜热和感热通量以及能量分配的主要因子。     

兴安落叶松林通量观测足迹与源区分布

基于Korman和Meixner理论提出的适用于涡动相关系统通量足迹方法,利用内蒙古自治区大兴安岭森林生态系统国家野外科学观测研究站兴安落叶松林生态系统的不同风向、大气稳定状态、生长季和非生长季通量观测数据,分析兴安落叶松林通量足迹以及贡献源区的分布,为今后大兴安岭地区兴安落叶松生态系统通量变化及影响因素对比研究提供依据。结果表明,以80%通量源区为测算对象,不同风向下大气处于稳定状态时,观测的通量源区主风向东北风-北风风向下面积最大,最大主风向源区面积要比不稳定时主风向源区面积大近36%。生长季源区在任何状态时均非生长季,在大气稳定状态时生长季源区面积非生长季近15%,大气不稳定状态时生长季源区面积非生长季9%。在大气处于稳定状态时不同风向下,源区横风峰值不稳定状态时的峰值,源区达到峰值距离约为稳定时的2倍。当大气处于稳定状态时,生长季的横风积峰值和源区峰值距离均非生长季。兴安落叶松林生长季时呼吸、光合作用加强,使得地与气之间的湍流物质交换频繁;主风方向通量源区面积非生长季,在大气稳定状态时,湍流混合充分,通量塔的信息来自主风方向,使得通量源区面积和空间范围扩大。     

小麦水热、CO2通量特征和能量平衡分析（英文）

[目的]对河北栾城小麦水热、CO2通量特征和能量平衡进行分析。[方法]基于栾城站利用涡度相关技术观测的2008年小麦水热、CO2通量数据及常规气象、生物量等数据,分析小麦水热、CO2通量特征和能量平衡闭合状况。[结果]①潜热、感热、CO2通量表现出明显的日、季变化特征,潜热、感热通量日变化呈倒"U"型,CO2通量"U"型,且通量日峰值存在较大差异;②潜热、感热、CO2通量的强度变化与环境因子有较大关系:三者对光强、净辐射的反应较为敏感,相关系数分别达0.92、0.66、0.65及0.90、0.69、0.74,且晴天更好,对气温也较为敏感,潜热通量,特别是在降水后对土壤含水量反应较敏感;③小麦农田能量平衡闭合度为0.91,存在明显的不闭合现象,而且在不同月份、一天不同时段,闭合程度也不同,能量平衡不闭合的主要原因是测量误差和忽略热储量等。[结论]该研究得到了小麦农田生态系统水热通量及CO2通量特征、传输机制及其影响因子,可为揭示作物冠层蒸散、光合与水分利用效率关系、能量分配等的机制提供科学依据。     

贡嘎山不同海拔森林土壤热通量垂直梯带时空变异特征

基于贡嘎山垂直植被带谱3种典型森林(阔叶林、针阔混交林、针叶林)土壤热通量的连续观测,分析了土壤热通量的时空变异规律及其影响因子.结果表明:月尺度上,阔叶林土壤热通量在3—8月、针阔混交林、针叶林在4—8月以向下传输为主,其他月份为向上传输为主;阔叶林、针阔混交林和针叶林年总土壤热通量分别为-1.88、-13.78和-9.61 MJ·m-2,占年净辐射的百分比分别为0.07％、0.47％、0.35％,说明年尺度土壤热通量并未达到平衡.土壤热通量对净辐射存在迟滞效应,阔叶林和针阔混交林反馈要迟滞3 h,针叶林为6 h.3种森林类型土壤热通量占净辐射比例随叶面积指数增大而减小.净辐射、2 m气温、5 cm土壤温度、10 cm土壤温度和叶面积指数共同影响着土壤热通量的季节变化.在阔叶林和针阔混交林中,净辐射相对贡献率最高(34.54％,30.12％);在针叶林中,叶面积指数贡献率最高(27.47％).阔叶林、针阔混交林和针叶林土壤热通量没有表现出明显的海拔梯度规律,但阔叶林土壤热通量与针阔混交林和针叶林差异显著.土壤热通量表现出明显的差异性,主要是受到植被和气候因子共同影响.     

大兴安岭北部不同类型兴安落叶松林土壤呼吸及其组分特征

目的研究大兴安岭地区兴安落叶松林土壤呼吸及其组分的特征以及与土壤温度、湿度两个影响因子之间的关系,为进一步阐明我国寒温带地区碳释放及其对地区气候的影响提供科学依据。方法使用LI-6400对大兴安岭北部5种主要类型兴安落叶松林(落叶松纯林、兴安杜鹃-落叶松林、杜香-落叶松林、白桦-落叶松林和樟子松-落叶松林)的土壤呼吸、呼吸组分及其影响因子进行测定分析。结果5种类型兴安落叶松林土壤总呼吸(R_S)、异养呼吸(R_h)和根呼吸(R_r)都具有明显的单峰曲线季节动态,且峰值均出现在8月;平均R_S波动在4.71~7.41 μmol/(m2·s)之间,大小依次为樟子松-落叶松林>杜香-落叶松林>白桦-落叶松林>落叶松纯林>兴安杜鹃-落叶松林,且不同类型兴安落叶松林土壤呼吸存在显著差异(P＜0.05);不同类型兴安落叶松林R_h和R_r也存在显著差异(P＜0.05),平均R_h表现为樟子松-落叶松林(5.56 μmol/(m2·s))>落叶松纯林(4.64 μmol/(m2·s))>白桦-落叶松林(4.55 μmol/(m2·s))>杜香-落叶松林(4.27 μmol/(m2·s))>兴安杜鹃-落叶松林(3.80 μmol/(m2·s));平均R_r表现为杜香-落叶松林(3.15 μmol/(m2·s))>樟子松-落叶松林(2.98 μmol/(m2·s))>白桦-落叶松林(2.76 μmol/(m2·s))>兴安杜鹃-落叶松林(2.30 μmol/(m2·s))>落叶松纯林(1.97 μmol/(m2·s))。异氧呼吸对土壤呼吸的贡献最大,占61.84%~71.76%,在异养呼吸中,以矿质土壤呼吸(R_m)为主,占土壤总呼吸的46.28%~58.18%,凋落物呼吸(R_l)的贡献只有8.34%~15.57%;R_r的土壤呼吸的贡献率为28.24%~38.16%。R_S与土壤10 cm温度(T₁₀)呈显著正相关指数关系,T₁₀可以解释土壤季节性变化的43.6%~57.0%;但R_S与土壤10 cm湿度(W₁₀)的相关性因林型而异。结论不同类型兴安落叶松林土壤呼吸及其组分之间差异显著;温度是土壤呼吸的主要影响因子,而湿度对土壤呼吸的影响较小。      

大兴安岭3种主要林型兴安落叶松种子库研究

以大兴安岭3种主要林型兴安落叶松种子库为研究对象,通过样地调查,对内蒙古大兴安岭北部兴安落叶松林3种主要林型的落种量、土壤种子储备量质量及其垂直分布进行研究,利用SPSS软件对所收集的数据进行单因素方差分析。结果表明,3种不同林型兴安落叶松林种子库中杜鹃-兴安落叶松林落种量最大,为1 496粒/m~2;杜香-兴安落叶松林落种量最小,为246粒/m~2;草类-兴安落叶松林落种量为349粒/m~2;土壤种子库的储备量大小分别为2 069.33、1 342.67粒/m~2和1 047.99粒/m~2。从种子库生活力程度看,种子整体质量差,种子库中90%以上为无活力种子;土壤种子储备量中种子70%分布在枯枝落叶层中,这与种子自身生物学特性和外界环境有着密切的关系。