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中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求与重要科学问题 总被引：2，自引：0，他引：2
陆地生态系统碳收支及其循环过程机制研究一直是全球气候变化的成因分析、变化趋势预测、减缓和适应对策分析等领域的热点,受到科技界和国际社会的广泛关注。本文在简要回顾中国陆地生态系统碳收支及其循环过程研究领域的发展历史,总结各个发展阶段主要特征的基础上,讨论了开展中国区域陆地生态系统碳收支综合研究的科技需求和社会需求,评述了中国在相关领域研究中存在的主要问题,探讨了当前的科学研究前沿领域及其关键科学问题。本文指出,现阶段中国开展区域尺度陆地生态系统碳收支及其循环过程机制综合研究工作不仅是提升中国生态系统生态学、地球系统科学与全球变化科学的创新能力的科技发展需求,更是中国参与应对全球气候变化国际合作、改进生态系统管理、保障生态安全的社会经济发展需求。同时还指出,中国现阶段在该领域的研究工作还缺乏各类生态系统碳收支的实际调查数据,缺乏国家尺度碳收支科学数据的整合,缺乏可用于碳收支计量与综合评估的模型工具,也没有形成国家层次的碳源汇计量、评估、认证及决策分析信息系统平台。本文通过国内外科技发展的分析认为,中国在该领域的研究工作,应在大力发展陆地生态系统碳收支和碳汇功能的定量监测、评价和认证的方法与技术基础上,重点关注并前瞻性地开展陆地生态系统碳-氮-水循环过程耦合关系及其对全球气候变化的响应与适应、碳-氮-磷生态化学计量学特征及其环境影响、碳-氮-水耦合循环过程的生物调控机制等前沿领域,以提高中国生态系统与全球变化科学研究水平,为国家的生态系统与温室气体管理提供基础理论、科学知识和先进技术的储备。 相似文献
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森林是重要的陆地生态系统碳汇。1990–2007年间全球森林平均每年从大气中吸收固定2.4±0.4PgC,但对全球森林未来固碳量的评价多是基于气候因素的过程模型的模拟结果,很少有基于森林调查样地数据评价全球森林固碳潜力的研究。我们收集整理野外调查和已发表的成熟林生物量数据728条,建立全球成熟林生物量数据库。根据成熟林地上生物量碳储量空间插值,得到全球森林地上生物量碳容量,进而评估全球森林地上生物量的固碳潜力。结果显示:(1)全球成熟林地上生物量自赤道向两极整体呈递减趋势,但最大值出现在中纬度区;(2)气温和降水是影响成熟林地上生物量的重要因素;(3)全球森林地上生物量碳容量约为586.2±49.3PgC,其地上生物量固碳潜力为313.4PgC。因此,充分发挥现有森林的碳吸存能力,减少对现有森林碳库的干扰,是土地利用变化之外减缓温室气体排放的又一可选途径。 相似文献
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基于数字相机图像的长白山森林物候模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
植被物候作为全球植被和陆面过程模型的重要参数,对其状态的准确描述在很大程度上决定着模型的模拟精度。温带森林作为北半球中高纬度地区主要植被类型及全球重要碳源,研究其物候期的变化将提高对区域碳通量的估算精度。本文以长白山阔叶红松林为研究对象,探讨了数字相机图像在物种尺度物候模拟及群落尺度物候模型改进方面的作用,结果如下：（1）物种尺度上,利用数字相机能获取两种植被（红松,蒙古栎）较为准确的物候期（与人工观测数据比较,绝对误差〈3d）;（2）群落尺度上,基于数字相机图像获取的冠层状态数据提高了基于气象数据的物候模型（GSI：growingseasonindex）的模拟精度（R2=0．9）,尤其是秋季物候模拟,为进一步分析群落物候的环境控制因子提供了有力手段。研究表明：数字相机不仅能够提供精确地基于物种尺度的物候数据,还可为遥感物候数据的校正提供参考,同时为生态模型中物候模块的改进及降低区域尺度碳通量模拟不确定性提供了新的思路。 相似文献
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生态系统观测研究网络在地球系统科学 中的作用 总被引：7，自引：1，他引：7
地球系统科学是以地球系统为研究对象, 重点研究各圈层、各要素以及自然和人为现象 之间相互作用关系的科学, 是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。 地球系统科学概念的提出是为了解决全球性的资源和环境问题的需要, 是地球科学向综合集成 方向转变的重要阶段。目前在地球系统科学思想的指导下, 在全球规模上已经组织了一系列重要 国际联合研究计划, 企图组织全球的科学家协作推动地球科学的发展。地球系统科学发展离不开 对地球系统要素和圈层的物理、化学和生物过程的综合观测工作的支持。自20 世纪80 年代以 来, 一些国家、国际组织和国际合作项目都纷纷建立了国家、区域甚至全球尺度的观测、监测和信 息共享网络。国际长期生态研究网络(ILTER) 自20 世纪80 年代开始建设, 其目的是对生态过程 进行长期的监测, 研究各种生态因子的相互作用及生态过程, 从而揭示出生态系统和环境的长期 变化, 为生态系统评价及管理提供科学依据。 中国生态系统研究网络(CERN) 始建于1988 年, 在中国生态系统动态观测、科学研究和试验 示范方面发挥了重要作用, 2005 年在CERN 的基础上, 由国家科技部组织开始建立中国国家生 态系统观测研究网络(CNEN) , 目前已经遴选出了53 个台站, 开始对农田、森林、草地( 含荒漠) 和 水体( 湖泊和海湾) 的动态进行观测研究, 该网络必将成为全球地球观测系统(GEOSS) 的重要组 成部分, 在我国地球系统科学发展的历程中发挥重要作用。本文主要从发展地球系统科学角度, 讨论生态系统观测研究网络在地球系统科学中的作用。 相似文献
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陆地生态系统碳循环的多尺度试验观测和跨尺度机理模拟 总被引：11，自引：1，他引：11
准确估计陆地碳汇时空变化是预测气候变化和执行温室气体控制协议的基础.近10年来,以大型试验环境控制、涡度相关测定和定量遥感为代表的新技术手段的应用推动了多尺度生态观测网络的建立,获得和积累了大量有关陆地生态系统碳循环变化的数据.但是这些高强度和多尺度观测并没有显著降低对陆地碳汇及其变化估计和机理认识的不确定性.其主要原因是这些观测主要是在各个尺度上分别进行的,而生态系统碳循环变化取决于从生物个体的短期反应到区域生态系统格局长期变化各个尺度过程的相互作用.试验和观测总是在特定尺度上进行的,认识和定量表达跨尺度相互作用需要应用机理模拟的方法.但是,现有的生态机理模型以单一尺度试验观测数据为基础,不能现实地模拟生态系统大尺度格局、结构和过程对环境变化的动态响应和适应.估计和预测由多尺度过程相互作用决定的陆地碳汇变化要求构建新的生态系统理论框架和机理模型,集成和定量表达从生理生态过程响应到生态系统格局适应性变化的传递机理和非平衡生态系统演替机制.多尺度数据-模型融合(Data-modelfusion)是近年来发展起来的生态系统碳循环研究的新方法,它包括应用多尺度观测数据建立跨尺度机理模拟模型;应用多种观测数据在不同尺度上对模型进行检验和验证;应用动态观 相似文献
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中国通量观测网络(ChinaFLUX)能量平衡闭合状况的评价 总被引：24，自引：2，他引：24
涡度相关观测网络能够对生态系统的水碳通量及其气候背景资料进行长期观测,能量平衡闭合状况作为通量观测数据评价的一个重要参考指标,备受通量界研究者的重视.本研究运用OLS(OrdinaryLeastSquares)、RMA(ReducedMajorAxis)、EBR(EnergyBalanceRatio)和δ频率分布四种统计方法对湍流通量(显热和潜热)与有效能量(净辐射、土壤热通量、冠层热储量)的关系进行了分析,对ChinaFLUX各站点的能量平衡闭合状况进行了综合评价,给出了能量平衡闭合程度日变化和季节变化趋势.研究结果表明各站点能量平衡都没有完全闭合,但因站点的条件不同,其不闭合程度略有差异;在夜间不闭合的程度比白天更加明显;闭合程度随摩擦风速的增大而有所改善.总体来说,在现有通量观测系统中,显热和潜热湍流通量往往会被低估,而有效能量项则会被高估.最后讨论了通量观测中的采样误差、仪器测量可能产生的系统偏差、其他能量吸收项的作用、高频与低频湍流通量损失以及平流作用对能量平衡闭合状况的影响. 相似文献
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冠层尺度的生态系统光合-蒸腾耦合模型研究 总被引：1，自引：2，他引：1
对叶片尺度上的气孔导度-光合-蒸腾耦合模型(SMPT-SB)在冠层尺度上进行了扩展,探讨了模型的参数化方法,建立了冠层尺度上的生态系统光合-蒸腾耦合模型.并用中国通量观测网络(ChinaFLUX)长白山站的涡度相关观测数据对模型进行了验证.结果表明,冠层气孔内部导度gic可以通过单叶气孔内部导度与光合有效辐射的关系,通过模拟冠层内的光分布再对冠层进行积分实现由单叶向冠层的尺度转换.在无水分胁迫情况下,该模型在冠层尺度上对光合速率具有很高的模拟能力,模拟值与观测值的直线回归方程斜率为0.7977,R2=0.8892(n=752),平均绝对误差为3.78μmolCO2·m?2·s?1;蒸腾速率的模拟值和观测值直线回归方程的斜率为0.7314,R2=0.4355(n=752),平均绝对误差为1.60mmolH2O·m?2·s?1.同时分析结果表明,降水过程是影响蒸腾速率模拟效果的最直接原因.本模型将冠层作为一个整体,而忽略了冠层内部复杂的反馈机制,探讨了整个冠层光合和蒸腾与外部环境条件之间的关系,与传统的基于植物生理生态学过程模型,相比本模型简单且易于求解,便于应用.可以将其作为构建土壤-植被-大气连续体水碳耦合模型的基础模型. 相似文献
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西双版纳热带季节雨林的C贮量及其分配格局 总被引：1，自引：0，他引：1
利用已有生物量模型（乔木层、木质藤本）和收获法（灌木层、草本层）获得群落生物量，结合土壤、植物样品C含量的实测值。对西双版纳热带季节雨林1hm^2样地的C贮量及其分配格局进行了分析。结果表明：（1）西双版纳热带季节雨林生态系统的总C贮量为220．492t／hm^2，其中植物活体部分为128．099t／hm^2、土壤为81．85t／hm^2、粗死木质残体为5．708t／hm^2、凋落物为4．835t／hm^2。（2）群落植物活体C贮量的层次分配以乔木层占绝对优势（97．23％），其他层次所占的比例很小，层次分配的大小顺序为：乔木层〉灌木层〉木质藤本〉草本层。（3）乔木层的C贮量随径级而变化，并在30cm〈DBH≤40cm、70cm〈DBH≤80cm及DBH〉100cm范围内形成三个C贮量高峰。（4）乔木的总C贮量集中分布于少数优势树种中。其中绒毛番龙眼（Pometia tomentosa）的C贮量占乔木层的24．70％。西双版纳热带季节雨林的植被C贮量远高于全国平均水平。 相似文献
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中国温带草地地上生产力沿降水梯度的时空变异性 总被引：1，自引：0，他引：1
研究生态系统生产力沿空间降水梯度的时空变异性是认识生态系统对降水变化的响应特征及适应机理的有效途径. 利用内蒙古草原自东向西的天然降水梯度, 采用样带研究方法, 结合多年实测资料, 系统分析了中国温带草地生态系统地上净初级生产力(ANPP)沿降水梯度的时空变异性. 结果表明, 沿样带自西南向东北, 草地生态系统ANPP显著增加, 荒漠草原、典型草原、草甸草原的ANPP分别为60.86, 167.14和288.73 g∙m-2∙a-1; 随着年均降水量(MAP)的增加, ANPP呈指数增加趋势(ANPP=24.47e0.005MAP, R2=0.48); 温度也对ANPP造成了一定的影响, ANPP随温度的升高而降低. 同时考虑降水和温度协同作用的湿润度指数(K)能明显增强对ANPP的空间变异的解释能力(ANPP=2020.34 K1.24, R2=0.57). 对于ANPP在时间上的变异性, 研究发现, 沿该样带的空间降水梯度, 随干旱的加剧, ANPP的年际变异性逐渐增强, 但ANPP的年际变异性与年降水总量的年际变异性并不具有显著的相关性. 对所有的草地类型, ANPP的年际变异性均大于降水的年际变异性, 二者的差异(ANPP变异性/降水变异性)在荒漠草原最大, 草甸草原最小. 本研究结果表明, 越是在干旱的地区, 不但草地的ANPP越低, 其年际变异性也越强, 未来气候变化可能通过降水频率/大小、植被生长潜力和物种多样性等多方面的变化从而对该区域的生态系统ANPP的时空变异性产生重大影响. 相似文献
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中国科学院千烟洲红壤丘陵试验站地处亚热带季风气候区,其植被类型主要为人工针叶林.研究采用涡度相关技术观测结果计算了2003年和2004年的植被水分利用效率(WUE)季节变化.适逢2003年极端干旱,降雨量远远低于多年(1985～2002)平均水平,其中7月份降水量仅是多年平均值的2.8%,气温却高于平均水平3℃,而2004年的气象条件与多年平均水平接近,这为研究WUE的环境控制作用提供了天然的条件.经研究发现千烟洲试验站的降水多集中于春季,而夏季则存在明显的季节性干旱现象,从而导致了该区域特殊的植被WUE季节变化模式.WUE的季节变化与冠层蒸发散(Fw)和总初级生产力(GPP)的季节动态大致相反,在夏季达到最小值,而在冬季则达到最大值.在冬季GPP和Fw随气温和大气饱和水汽压差(VPD)的增加而增加,且GPP和Fw的增加速率比较接近;而在干旱的夏季,GPP和Fw却随气温和VPD的增加而降低,并且GPP随气温和VPD变化而降低的速率要远远大于Fw,这破坏了GPP和Fw的平衡关系,并进一步改变了WUE的保守性,最终导致夏季WUE的降低.夏季干旱期土壤水分的亏缺和高强度的辐射也都是造成该生态系统WUE降低的原因.在冬季该生态系统植被的光合和蒸腾作用主要受控于环境因素,而受植被本身气孔行为的控制作用相对较弱.在夏季植被的Fw主要受植被本身气孔行为的限制作用,而植被的GPP则受环境因素和植被本身气孔行为的双重限制. 相似文献