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陆地生态系统通过植被的光合作用吸收大气中的CO_2,深入了解陆地生态系统碳吸收强度的空间变异及其区域特征对于准确地预测和评估全球碳收支以及制定高效的区域性生态系统管理政策具有重要的指导性意义。本文以ChinaFLUX的长期联网观测数据为基础,整合了北半球区域已发表的涡度相关文献数据,对北半球区域碳交换通量,即总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(RE)和净生态系统生产力(NEP)的空间格局及其区域特征进行综合分析。我们获取了233个通量站点,732条站点年数据。观测站点分布于亚洲、欧洲和北美洲,纵跨纬度2.97°N到74.47°N,横跨经度148.88°W到161.34°E。气候类型涵盖了热带、亚热带、温带、北方林、极地与亚极地以及高山气候类型。生态系统类型包涵了森林(107个站点)、草地(65个站点)、农田(33个站点)和湿地(28个站点)四大生态系统。研究结果得出:北半球陆地生态系统GPP和RE呈现出显著的随着纬度升高而线性降低的趋势,纬度每升高1°N,GPP和RE在空间格局上约减少22.9g C/m~2/a,而NEP的纬向变化规律不明显。森林和农田生态系统的GPP和NEP显著高于草地和湿地生态系统。RE则在森林生态系统最高,平均约为1185±641g C/m~2/a,而在其余生态系统间无显著差异。在亚洲、欧洲和北美洲3个区域之间,森林、农田和湿地生态系统的GPP,RE和NEP均无显著差异。仅在草地生态系统中,欧洲草地生态系统的GPP和RE分别为1472±473g C/m~2/a和1236±452g C/m~2/a,显著高于亚洲和北美洲。GPP,RE和NEP呈现出从温暖性气候区向寒冷性气候区逐渐降低的趋势,同时受到水分状况的调节,表现出在相同的温度带里,相对湿润的气候区具有更高的NEP。这些结果表明北半球陆地生态系统碳交换通量存在着空间变异性,但没有显著的区域差异,然而在不同气候区和生态系统类型间差异显著,这意味着北半球陆地生态系统碳交换通量主要受到温度和水分环境条件以及人类活动的共同影响。 相似文献
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青藏高原作为世界海拔最高的区域,是全球气候变化的敏感区之一。定量估算这一区域的净生态系统碳交换量(NEE)有利于理解陆地生态系统碳平衡对未来气候变化的响应。本文构建了一个模拟该地区NEE动态变化的净碳收支模型(NCBM)。该模型由来源于MODIS影像的增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)以及来源于地面观测的空气温度和短波辐射共同驱动,并利用青藏高原地区的3种植被类型(包括高寒灌丛、高寒湿地和高寒草甸)的碳通量长期观测数据对模型进行了校准和验证。结果表明,在模型校准站点年,NCBM模型可以模拟NEE观测值81%的变化,均方根误差(RMSE)为0.03mol C/m~2/d,模型效率(EF)为0.81。在模型验证站点年,NCBM模型可以预测NEE观测值84%的变化,RMSE为0.03mol C/m~2/d,EF为0.81。在大多数情况下,NCBM模型可以清晰地模拟各植被类型的NEE季节和年际变化。此外,NCBM模型因为结构简单,模型驱动变量易于获取等优势,具有在区域尺度上模拟NEE时空变化的潜力。但是该模型还需要进一步的改进和发展,特别需要提高对植被非常稀疏地区NEE变化的模拟能力。 相似文献
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青藏高原草地生态系统碳通量研究进展 总被引：7，自引：3，他引：4
青藏高原拥有我国面积最大的天然草地,区域内生态系统碳通量的长期定位观测研究具有重要意义.在总结生态系统碳通量主要研究方法基础上,对青藏高原不同植被类型碳循环的源、汇效应、时空变化及其与影响因子关系等研究领域所取得的重要进展进行了综合评述.现有研究表明,不同植被类型间CO2通量的季节变化、年际变化、交换量和碳源汇特征等存在明显差异,光合有效辐射、温度、降水、土壤水分和叶面积指数等是影响碳通量变化的主要驱动因子.最后,结合当前青藏高原地区生态系统碳通量研究的现实与需要,探讨了通量观测所面临的主要科学问题及解决途径.未来对青藏高原碳循环关键过程的研究工作还需要多尺度、长期生态实验和CO2通量观测数据支持,同时以此为基础发展新的数据处理、分析和跨尺度机理模拟方法,建立青藏高原生态系统碳循环模型. 相似文献
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温度对青藏高原高寒灌丛CO2通量日变化的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
应用涡度相关技术连续监测的CO2通量及温度数据(2003年1月1日至2004年12月31日),分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO2交换(NEE)日变化与温度之间的关系.结果表明:1)在暖季夜间(21:00至次日06:00时)温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼(07:00~20:00时)NEE变化与温度无显著关联;2)在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO2交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO2排放,使其作为碳汇的能力而减弱. 相似文献
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典型森林生态系统碳交换的机理模拟及其与观测的比较研究 总被引：2，自引：0，他引：2
CEVSA模型是一个基于生理生态过程模拟植物—土壤—大气系统能量交换和水碳氮耦合循环及其对环境变化响应和适应的机理模型，在区域和全球尺度上得到广泛应用，但缺乏在生态系统尺度上的验证。本研究对CEVSA模型中碳循环关键过程的定量表达进行了重要改进：将模型的模拟时间步长由“旬”改为“日”；增加了物候参数化的子程序；调整了生物量的分配方案；基于碳平衡模拟叶面积指数的季节动态等。分别使用改进前后的CEVSA模型模拟了3类典型森林生态系统碳交换的季节动态，模拟的结果与通量观测进行了比较分析。结果表明，改进后的CEVSA模型能更好地模拟不同类型森林生态系统碳交换的季节动态，但在不同生态系统的不同时段，模型模拟的结果与通量观测相比还有一定的偏差，模型在碳交换关键过程对环境变化的响应和适应，尤其是针叶林光合作用对温度变化的响应和适应，以及生态系统对高温和水分亏缺的响应和适应等方面的模拟还需要进一步的改进和验证。 相似文献
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准确估计和预测陆地生态系统碳循环时空变化是预测气候变化的基础,也是目前全球变化研究中最为重要的前沿领域之一。最大光能利用率(ε_(max))是遥感估算陆地生态系统初级生产力的关键参数之一,本研究基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,采用马尔科夫链-蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,简称MCMC)方法,利用中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)8个野外台站的涡度相关通量观测数据对ε_(max)进行反演,得到ε_(max)的最优估计值及其不确定性,并利用优化后的ε_(max)对2003~2008年各生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)及其不确定性进行了模拟。结果表明:8个生态系统ε_(max)后验估计结果均呈近似正态分布,森林、农田和草地生态系统ε_(max)分别为0.737±0.026~0.850±0.035g C/MJ·PAR,1.056±0.090g C/MJ·PAR和0.199±0.068~0.469±0.043g C/MJ·PAR;ε_(max)估计的不确定性将导致内蒙、当雄和海北草地生态系统GPP年总量的模拟值产生9.17%~14.20%的误差,长白山、鼎湖山、千烟洲和西双版纳4个森林生态系统GPP年总量的误差为3.52%~7.79%,禹城农田生态系统GPP年总量的误差为8.52%。对ε_(max)进行优化后,GPP年总量模拟值的相对误差显著降低,有效改善了原模型对内蒙草地生态系统GPP年总量的高估和除当雄草地生态系统外其他6个生态系统GPP年总量的低估。 相似文献
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全球/区域生态系统碳循环研究具有多台站联网观测、多源异构数据、多模型综合分析、跨领域科学家协同工作等特点。以中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)为基础平台,论述建立碳循环科研信息化环境(e-Carbon Science)的迫切性,系统阐述e-Carbon Science的目标、组成、关键技术及研究进展,构建了由"四环境(碳循环数据集成与服务环境、模型模拟环境、可视化分析环境、科研协同工作环境)、三系统(站点、区域、全国尺度陆地生态系统碳收支评估应用系统)"组成的ChinaFLUX e-Carbon Science,形成ChinaFLUX通量数据采集—传输—存储—管理—处理—可视化—共享服务的一体化系统,实现不同尺度的碳收支快速评估与模拟,支撑并促进我国陆地生态系统碳循环研究和生态信息学发展,对我国野外台站网络信息化起到引领和示范作用。 相似文献
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基于LPJ模型的制种玉米碳水通量模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model(LPJ)模型是由Lund University,Pots-dam Climate Research Centre和Max-Planck-Institute for Biogeochemistry,Jena联合开发的植被动态模型,该模型以气候、土壤质地和CO2数据作为输入模拟植被与环境的碳水交换过程。为了利用高时间分辨率的输入数据,对模型的代码进行了改写。张掖绿洲盈科站位于干旱区绿洲典型的农田生态系统。应用其观测资料作为LPJ的输入,模拟了张掖绿洲制种玉米的碳水通量,并用涡动观测到的潜热和CO2通量验证蒸散发和NEE的模拟结果。结果表明LPJ模型能够较好地模拟制种玉米与环境之间的碳水交换,蒸散发(ET)的模拟值与观测值的R2为0.8;NEE的模拟值与观测值的R2为0.79。 相似文献
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中国生态系统研究网络水体pH和矿化度监测数据初步分析 总被引：3，自引：0，他引：3
介绍了中国生态系统研究网络(CERN)陆地生态系统水环境监测指标与频率。初步分析了CERN 31个典型陆地生态系统监测地表水和地下水、6个湖泊和海湾生态系统、1个城市生态系统地下水体pH、矿化度(电导率)状况。结果表明,我国森林生态系统pH和矿化度分布规律基本一致,为从西向东、从北向南逐渐降低的趋势,pH在鼎湖山自然保护区出现强酸性(4.15),其他台站为弱碱性、中性或弱酸性(6.01~8.26),森林生态系统矿化度均较低(33~322 mg/L)。我国农田、荒漠、湿地生态系统水体pH和矿化度分布规律为:华北与黄土农业区、西北绿洲农业与牧业区相对较高,东北农业区和青藏高原农牧区其次,南方农业区最低;除南方农业生态系统与北方三江湿地生态系统水体pH为弱酸性(6.27~6.82)外,其他监测水体均为中性和弱碱性,500 mg/L以上矿化度水体主要出现在西北部荒漠生态系统,黄河冲积平原农业生态系统。湖泊、海湾生态系统水体和北京城市生态系统地下水pH均为弱碱性,海湾水体pH季节波动不明显,湖泊水体和北京城市地下水pH和电导率呈明显季节波动,湖泊水体pH表现为夏秋季节较高,电导率表现为6~9月较低;北京城市地下水pH为... 相似文献
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开展大九湖湿地生态系统CH4通量研究,对深入了解碳循环机制、科学经营以及准确评估湿地生态系统碳收支等方面具有重要意义.以湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地为研究区域,采用涡度相关法对CH4通量进行原位连续观测,分析了泥炭湿地CH4通量变化特征及其影响因素.结果表明,大九湖泥炭湿地在2015年8月至2016年5月期间表现为CH4的源,日通量均值为15.57 nmol·m-2·s-1.CH4通量具有“夜间极大值”(2:00或22:00) 和“三峰模式”(6:00、12:00和22:00) 两种昼夜变化规律;CH4通量具有明显季节变化规律,8月释放最多(36.46 nmol·m-2·s-1),3月释放最少(3.92 nmol·m-2·s-1).相关性分析表明,大九湖泥炭湿地CH4通量受空气温度(Ta)、土壤温度(Ts)、土壤含水量(SWC)和摩擦风速(U*)的共同影响;不同时间尺度上,各影响因子与CH4通量的相关性有所差异.曲线拟合得出,CH4通量与Ta和Ts呈指数增长趋势,与SWC呈二次曲线关系. 相似文献
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《地球科学进展》2016,(11)
2016年4月签署的"巴黎协定"的目标是到21世纪下半叶全球人为碳排放与生态系统碳汇持平,为了实现这一目标需要精确计量全球不同地区的碳通量,而全球碳同化系统是有效的技术手段。为此,国家科学技术部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"基于多源卫星遥感的高分辨率全球碳同化系统研究"项目。将发展生物圈和大气圈关键参数多源遥感协同反演技术体系、多源卫星与地面观测数据联合碳同化算法,进而建立耦合生态系统模型的高分辨率全球碳同化系统,联合同化多源观测数据,优化生态系统模型关键参数、光合和呼吸碳通量、重点区域人为源碳通量,定量揭示全球陆地生态系统和重点区域人为源碳通量时空格局、生态系统碳源汇驱动机制,为全球变化与应对专项目标的实现和国家决策提供技术与数据支持。 相似文献
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陆地生态系统的碳收支是全球气候变化和碳循环研究的核心内容之一.准确估算陆地生态系统的碳储量及其收支状况,对正确评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用有重要意义.本文总结了近10年来各国研究者利用不同方法对陆地碳储量变化的研究进展,并对估算陆地碳储量的不确定性进行评价.同时,对陆地生态系统碳储量变化研究结果的分析表明,末次间冰期以来,全球陆地生态系统碳储量存在较大幅度的变化.在末次间冰期5e阶段、末次盛冰期和全新世中期,陆地生态系统碳储量分别为现在的l30～150%、50～85%和105～130%.并且,陆地生态系统碳储量与气候变化有显著的正相关性,但不同区域的生态系统碳储量随气候变化并非具有相同的变化规律. 相似文献
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中国陆地生态系统总初级生产力VPM遥感模型估算 总被引：4，自引：0，他引：4
陆地生态系统总初级生产力(Gross Primary Productivity,简称GPP)时空格局及其变化动态的准确监测是区域碳收支研究的核心问题之一,遥感模型正在为区域碳通量监测提供更为实时、准确的模拟数据。基于中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,简称MODIS)遥感数据和涡度相关碳通量观测数据发展而来的VPM模型经过10年的努力,目前已经在全球涵盖十类生态系统的21个站点上开展模型的校验与验证研究,为区域GPP的准确估算与监测奠定了方法基础。本研究构建了评估GPP区域格局的VPM模型区域模式,以空间分辨率500m、时间步长8天的MODIS卫星影像数据以及相同时空分辨率的温度与光合有效辐射数据为模型输入数据,模拟估算我国2006~2008年GPP及其空间分布格局。VPM模型模拟的中国陆地生态系统GPP年总量平均值为5.0Pg C/a,其中森林、草地、农田和灌丛生态系统分别占34%,17%,37%和12%。本研究模拟的全国GPP总量与多模型模拟的平均结果(5.40 Pg C/a)相当,但不同模型估算的各类生态系统GPP存在较大差异。本研究通过利用遥感数据对VPM模型中的关键参数(最大光能利用率)进行参数空间化,表达同一土地覆被类型内部光能利用率的空间异质性;应用目前我国准确性最为可靠的土地利用与植被数据提取土地覆被数据,首次将农业多熟种植作为单独的植被类型引入模型中,模型参数与输入数据的精度保障了模型模拟结果的可靠性。 相似文献
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全球森林生态系统净初级生产力的空间格局及其区域特征 总被引：1，自引：0，他引：1
净初级生产力(Net Primary Productivity)是生态系统碳循环过程中的一个重要组成部分,森林生态系统的NPP占全球陆地生态系统的65%,深入了解全球森林生态系NPP的空间变异规律,是理解全球碳收支格局的基础。本论文以收集获得的野外站点实测NPP数据为基础,对全球森林生态系统NPP的空间分布格局及其区域特征进行综合分析得出:全球森林生态系统的NPP呈现出随着纬度升高而降低的趋势,北半球森林生态系的NPP随着纬度的升高显著降低,南半球森林生态系统的NPP则纬向规律不显著。全球各个大洲之间森林生态系统的NPP整体上差异不显著,只有南美洲森林生态系统的NPP显著高于亚洲、欧洲和北美洲的森林生态系统。全球森林生态系统的NPP呈现出从寒冷性气候区域向温暖性气候区域逐渐增大的趋势。经典的Miami模型能够较合理地估算当前气候条件下森林生态系统NPP的空间分布格局。在全球尺度上,年均温(r~2约为0.50)较年降水(r~2约为0.40)与森林生态系统的NPP有更强的相关性。这些研究结果为进一步探讨全球陆地生态系统碳源汇功能奠定了一定的基础。 相似文献
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西江下游溶解无机碳含量的时空变异特征及其输出通量 总被引：12，自引：0，他引：12
选取西江下游干支流6个样点进行一个完整水文年度的观测分析,利用基本水文水化学参数来揭示河水溶解无机碳(DIC)含量的时空变异特征,并估算流域DIC输出通量.结果表明,西江下游干支流DIC含量受控于流域地质环境和水热条件,变化于0.74～2.40 mmol/L之间,存在明显的时空变异.干支流DIC含量季节变化模式基本一致,呈现汛期(不包括受洪水影响极强的时段)较高、非汛期较低而洪水期最低的变化特征,流域水热条件的季节变化是其根本原因;河水DIC含量的空间变异基本与流域碳酸盐岩空间分布格局一致,干流DIC含量明显高于支流,且向下游呈减小趋势.西江流域DIC输出通量约4.57×1012g/a,汛期和6月洪水贡献分别达84%和40%.全流域DIC侵蚀通量约12.95 g/(m2·a),在世界各流域中居中上水平. 相似文献
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德令哈降水中δ~(18)O年际变化与水汽输送 总被引：1，自引：0，他引：1
根据德令哈地区1992—2001年的降水中δ18O数据及降水时刻所记录的相关气象参数,并对比中国气象局气象资料和NCEP/NCAR格点气象数据,利用相关、回归等分析方法分别对该地区降水中δ18O与温度、降水量以及水汽通量之间的关系进行分析,并讨论了降水量与大气环流的变化关系,揭示了影响该地区降水中δ18O变化的气象因素,特别是与水汽来源之间的关系。研究结果表明,德令哈降水中δ18O年际变化表现出一定程度的“温度效应”,但与温度的相关性要低于季节尺度。不同类型汽团的水汽输送是影响降水中δ18O年际变化的另一个重要原因。 相似文献
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典型岩溶区土壤呼吸作用的昼夜变化特征及其影响因素 总被引：2，自引：0，他引：2
为揭示桂林毛村岩溶地区夏季表层土壤呼吸作用昼夜演变规律。本次研究选用静态暗箱/气相色谱法,监测了无降水影响下毛村岩溶区域的表层土壤呼吸通量的昼夜变化规律。同时野外监测表层土壤的温度、大气温度、大气压强等环境参数,以综合分析影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。结果表明:受到大气温度变化的影响,研究区域土壤表层温度呈现单峰型的昼夜变化规律,表层土壤呼吸作用也存在明显的昼夜变化特征。土壤呼吸最大值出现在12:40至14:40,最小值出现在4:40-6:40。土壤呼吸作用强度和变幅均是白天大于夜间。大气温度与土壤呼吸作用呈显著正相关关系（P<0.01）,说明在土壤含水量未超过阀值时,大气温度是影响土壤呼吸作用昼夜变化的关键环境因子。本次研究明确了土壤呼吸作用在昼夜变化上的变异性,对精确估算整个生态系统的碳收支有重要意义。 相似文献