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%.     

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.     

兴安落叶松林能量通量变化特征及闭合度研究

为系统研究大兴安岭地区兴安落叶松(Larix gmelini)林能量通量变化特征及能量闭合度,本文利用涡度相关技术测定潜热通量和显热通量,使用常规气象观测仪器监测净辐射和土壤热通量,采用最小二乘法(Ordinary Least Squares,OLS)和能量平衡比率法(Energy Balance Ratio,EBR)计算能量闭合度,结果表明:兴安落叶松林生长季净辐射总量为379 MJ·m~(-2);显热通量、潜热通量、土壤热通量、冠层热储量生长季总量分别为91.21 MJ·m~(-2)、140.64MJ·m~(-2)、16.9 MJ·m~(-2)、5.53 MJ·m~(-2);显热通量占净辐射的24%,潜热通量占净辐射的37%,土壤热通量及冠层热储量占净辐射比例较小,分别为4%和1%。生长季闭合度0.63。兴安落叶松林生长季能量支出以潜热通量为主。通过计算得出的能量闭合度表明,本站点存在不闭合现象,但仍处于全国通量观测站点平均水平。     

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。     

太湖源雷竹林水汽通量变化及其对净辐射的响应

利用涡度相关观测技术研究了2010年10月至2011年9月浙江省临安市太湖源镇人工高效雷竹Phyllostachys violascens林生态系统的水汽通量变化特征,同时结合常规气象观测数据,分析了水汽通量对净辐射的响应。结果显示:雷竹林全年水汽通量基本为正值,夏季最高,春秋季变化特征相似,冬季最低 ,最高月份为7月,最低月份为1月。实验区全年降水量为1 201.72 mm,蒸散量为669.84 mm,蒸散量占全年降水量的55.74%,较人工针叶林,落叶松Larix gmelinii林,红松Pinus koraiensis林,柞树Xylosma racemosum林,杂木林,杉木Cunninghamia lanceolata林等,雷竹林蒸散量偏低。2月、10月和12月蒸散量略大于降水量,其余月份蒸散量均小于当月降水量,以6月份降水量与蒸散量差别最大。雷竹林水汽通量与当地净辐射有极显著的相关性,其相关系数为0.600～0.017。图4表1参13     

长白山阔叶红松林碳收支特征

植被-大气间CO2交换研究对准确评价陆地生态系统碳收支有重要意义．该研究采用开路式涡动相关系统对长白山阔叶红松林的C O2交换特征进行了整年连续监测．结果表明,该森林生态系统的碳交换季节变化明显,2003年森林净生态系统碳交换量(NEE)变化范围在-6.37～2.13 g/(m2·d)之间,5—9月均表现为碳汇,其余月份为碳源,其中净碳吸收量与释放量最大的月份分别为6和10月;全年森林净吸收的碳量为-191.3 g/m2,整体表现为一定强度的碳汇．影响NEE的环境因子主要是光合有效辐射(PAR)和土壤温度等,白天NEE对PAR 的响应符合直角双曲线方程,夜间的NEE与5 cm深土壤温度有较好的指数关系．生态系统呼吸释放对温度响应的敏感性(Ｑ10)为3.17．      

长白山阔叶红松林热量平衡和蒸散的研究

利用长白山阔叶红松林铁塔观测数据。采用鲍恩比一能量平衡法（BREB)和布辛格普适函数法，，计算出长白山阔叶红松林的热量平衡各分量与蒸散量，并利用长白山气象站的数据对蒸散的气候因子进行了分析。确认降水量，日总辐射，风速是影响长白山阔叶红松林蒸散的主要因子。     

天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量特征

利用涡度相关技术研究了2013年7月至2014年6月浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统水汽通量变化特征,结合气象要素的观测,进一步分析了净辐射对水汽通量的影响。结果表明:浙江天目山常绿落叶阔叶混交林生态系统全年水汽通量基本为正值,各月水汽通量日变化趋势基本呈单峰型曲线,7月水汽通量峰值最大（0.115 gm－2s－1）,1月最小（0.029 gm－2s－1）。四季的水汽通量平均日变化中,峰值的大小为夏季＞春季＞秋季＞冬季。生态系统全年蒸散量为721.25 mm, 在相近纬度的不同类型森林生态系统中处于较低水平,全年蒸散量占降雨量的51.46%,各月蒸散量均小于降雨量。生态系统全年净辐射为3 305.65 MJm－2a－1。季节尺度上,对生态系统水汽通量与净辐射进行回归分析,显示四季的相关性都极显著。夏季相关系数（R2）最大,为0.500,其次为春季（0.318）,秋季（0.232）,冬季最低（0.125）。图6表2参28     

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.     

用拉格朗日反演模型模拟长白山森林蒸散

该文以长白山阔叶红松林为研究对象，以Raupach提出的Localized Near Field（LNF）理论为依据，耦合垂直速度标准差σw（z）和拉格朗日时间尺度TL（z），建立林冠内水汽源/汇强度和平均浓度廓线之间的关系；利用拉格朗日反演模型提出了通过林冠水汽浓度梯度计算林冠内的水汽源/汇强度进而推算森林蒸散的方法. 模拟结果与开路涡动相关系统的观测资料比较显示:白天水汽累积通量的模拟精度达到81%，模拟值高出实测值约15%～25%；夜间模拟值比实测值高出2～4倍，其原因尚不清楚.观测期内全天水汽总量模拟值298.91 mm，观测值为240.33 mm. 最后，讨论了水汽源/汇强度及其通量随时间和高度的演变过程.      

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%。     

北京城市森林生态系统能量分配的季节动态研究

  目的  森林是陆地生态系统的主要组成部分,对全球碳水循环和能量交换过程有重大影响,然而对城市森林生态系统能量交换过程的了解仍很有限,本文在北方城市森林开展生态系统水热通量的机理研究,对制定科学合理的人工林水分管理策略具有重要意义。  方法  本研究利用涡度协方差观测法,探讨了2018年北京奥林匹克森林公园各表面能量组分的日变化和季节变化,以及控制能量分配的主要生物物理因子。  结果  全年日均净辐射通量（R_n）为133 W/m2,日均感热通量（H）为23.6 W/m2,日均潜热通量（LE）为26.9 W/m2。波文比（β = H/LE）为0.88。在非生长季,感热通量大于潜热通量,在生长季开始,潜热通量逐渐超过感热通量,占据主导地位。Priestley-Taylor系数（α系数）、冠层导度（g_s）和解耦系数（Ω）都与土壤含水量（VWC）和归一化植被指数（NDVI）呈正相关的关系,与饱和水汽压差（VPD）则呈现先上升后下降的关系。β与VWC、VPD和NDVI都呈现负相关的关系。VWC和VPD通过影响冠层导度,控制潜热通量及能量分配。  结论  本研究结果表明:干旱条件能显著降低生态系统冠层导度,从而降低潜热通量,影响能量分配。此外,为提高潜热通量比例,最大化城市绿地的降温功能及其价值,在冠层构建期和生长季干旱期进行一定程度的灌溉是一项合理的用水管理措施。      

海南儋州地区橡胶林生态系统水汽通量变化特征及其对环境因子的响应

运用涡度相关观测技术对海南儋州地区的橡胶人工林（简称橡胶林）进行长期观测,研究了2017-2018年水汽通量变化特征,并结合该地区的梯度系统数据以及气象观测数据,分析了水汽通量对环境因子的响应;同时根据降雨量和蒸散量对该生态系统的水分收支情况进行探讨,以揭示橡胶林生态系统的水分利用能力。结果表明:1）2017-2018年橡胶林生态系统水汽通量为正值,即水汽通过生态系统向大气散发,表现为水汽源;水汽通量日变化曲线为单峰形,在11:00-13:00达到最大值,雨季日间的水汽通量约为旱季的3倍,全年夜间水汽通量保持平稳且接近于0,水汽通量表现出明显的季节变化,雨季（5-10月）最高,旱季（1-4月）次之,11-12月最低;2）2017、2018年度总降雨量分别为1 687.6、2 264.7 mm,蒸散总量为962.24、1 209.29 mm,分别占降雨的57.02%、53.40%;旱季蒸散量约为降雨的2倍,雨季6-10月常出现当月降雨量远大于蒸散的情况,且年蒸散量和降雨量均集中在6-9月;3）影响水汽通量的主要环境因子有净辐射、气温、饱和水汽压差、风速、土壤热通量、土壤含水量等,其中净辐射和大气温度是影响水汽通量的最主要因素,尤其在水分充沛的雨季相关性最高。4）海南儋州橡胶林的蒸散量略高于热带雨林,但其蒸散率属于正常水平,不是导致植胶区缺水的主要因素。     

晋西黄土残塬沟壑区防护林热收支特性及蒸散研究

应用自记综合气象观测塔,对刺槐和油松林进行了以蒸散研究为目的的防护林热收支特性研究．结果表明：１９９４年生长季日平均实际太阳辐射量为７～２４ＭＪ·ｍ－２;刺槐林林冠对太阳辐射的反射率为１５％,油松林的反射率在１０％以下,反射率的差异是造成两林分净辐射收支相差１～３ＭＪ·ｍ－２的主要原因．春夏两季林分获取的净辐射均由约７０％～８０％的太阳辐射转换而来;秋季的转换率约为６０％,油松林的转换比刺槐约大１％～５％;防护林地区每天获取的净辐射量中,消耗于蒸散的潜热通量部分,在春夏秋三季分别为６５％,８２％和８５％,油松林比刺槐林偏高１％左右;用于气温变化的显热通量部分在春季约占３２％,夏秋为１５％左右,其中刺槐林中显热通量部分在春夏两季所占的百分比相对油松要高出４％～５％;刺槐林地用于土壤热流量部分的热量在５～９月约占净辐射的１％～３％,油松林为２％～５％;１９９４年生长季刺槐林蒸散量为５１９ｍｍ,油松林为５９７ｍｍ．     

长白山森林生态系统二氧化碳通量与涡动相关研究

利用涡动相关技术观测资料和同步的气象要素监测资料,分析了CO2的浓度日变化,描述了CO2通量的变化规律,探讨了风速、温度、动量通量、感热通量、潜热通量以及光合有效辐射对长白山森林生态系统CO2通量的影响,结果表明:在白天,CO2通量和梯度的输送方向是从大气向植被,在中午输送达到负的最大值。在夜间,CO2通量和梯度输送的方向与白天相反,并且,在早晨达到正的最大值。     

亚热带稻田能量平衡闭合状况分析

通过采用线性回归,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,并分析了能量平衡闭合程度的季节变化趋势。结果表明,在稻田生态系统中存在能量不闭合现象,年能量平衡比率为0.87,年平均不闭合程度为13%;能量平衡比率在5—8月份平均为0.85,能量不闭合程度较高;1—4月份和9—12月份平均为0.92,不闭合程度较低。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。     

Comparison of evapotranspiration and energy partitioning related to main biotic and abiotic controllers in vineyards using different irrigation methods

Knowledge of evapotranspiration (ET) and energy partitioning is useful for optimizing water management, especially in areas where water is scarce. A study was undertaken in a furrow-irrigated vineyard (2015) and a drip-irrigated vineyard (2017) in an arid region of north-west China to compare vineyard ET and energy partitioning and their responses to soil water content (SWC) and leaf area index (LAI). ET and soil evaporation (E) and transpiration (T) were determined using eddy covariance, microlysimeters, and sap flow. Seasonal average E/ET, T/ET, crop coefficient (Kc), evaporation coefficient (Ke), and basal crop coefficient (Kcb) were 0.50, 0.50, 0.67, 0.35, and 0.29, respectively, in the furrow-irrigated vineyard and 0.42, 0.58, 0.57, 0.29, and 0.43 in the drip-irrigated vineyard. The seasonal average partitioning of net radiation (Rn) into the latent heat flux (LE), sensible heat flux (H) and soil heat flux (G) (LE/Rn, H/Rn, and G/Rn), evaporative fraction (EF) and Bowen ratio (β) were 0.57, 0.26, 0.17, 0.69 and 0.63, respectively, in the furrow-irrigated vineyard and 0.46, 0.36, 0.17, 0.57 and 0.97 in the drip-irrigated vineyard. The LE/Rn, H/Rn, EF, and β were linearly correlated with LAI. The E, Kc, Ke, E/ET, LE/Rn, LEs/Rn (ratio of LE by soil E to Rn), H/Rn, EF and β were closely correlated with topsoil SWC (10 cm depth). Responses of ET and energy partitioning to the LAI and SWC differed under the two irrigation methods. Drip irrigation reduced seasonal average E/ET and increased average T/ET. From the perspective of energy partitioning, seasonal average H/Rn increased whereas LE/Rn, especially LEs/Rn, decreased. Compared with furrow irrigation, drip irrigation decreased the proportion of unproductive water consumption thereby contributing to enhanced water use efficiency and accumulation of dry matter.     

基于三维模型ENVI-met对黑河森林和北方森林的潜热及显热通量模拟

在非均匀混合场景下模拟区域能量,三维小气候模型比一维模型考虑因素更为全面,但三维模型较复杂,研究甚少。为探究三维模型在混合像元场景中的通量模拟能力,以ENVI-met模型为例,以黑河关滩森林和加拿大北方森林为实验区,比较森林通量模拟值和实测值的季节性和日变化差异,并模拟森林三维空间结构对通量分布的敏感性。结果表明:①模型在春季、夏季、秋季模拟拟合度（R2）分别为0.75,0.76,0.55。模拟显热通量、潜热通量日变化符合实测趋势,日平均实测值与模拟值之差均不超过10.0%。模型对显热通量、潜热通量和太阳短波辐射模拟精度分别为0.68,0.63,0.80。②模拟总体能量闭合率（E_BR）达92.9%,模型对气象参数微小变动不敏感,较为稳定。③自然参数不变场景下,团状分布通量值大于均匀分布,变化幅度剧烈,且显热通量对空间异质性较潜热通量更为敏感。研究结果肯定了ENVI-met模型模拟通量具有较好精度,且能够反映出森林空间分布格局在通量分配上的影响,为研究区域气候变化提供了有效手段。