基于人工神经网络的ChinaFLUX观测站CO_2模拟研究通量     

何洪林  于贵瑞  张雷明  孙晓敏  苏文 《中国科学D辑》2006,(Z1)

涡度相关技术的发展,为准确获取区域尺度的CO2通量分布格局提供了数据基础．但由于涡度相关技术自身的局限性,需要利用模型模拟作为获取区域CO2通量的重要手段．可是CO2通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO2通量的时空动态变化带来了一定的困难．人工神经网络模型为模拟CO2通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段．在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中,基于2003年6～8月的半小时涡度相关观测数据,采用BP人工神经网络模型,以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量,模拟了CO2通量的动态变化．结果表明,人工神经网络模型具有较好的模拟结果,其R2系数在0．75与0．866之间．RMSE在0．008μmol／m2与0．012μmol／m2之间,MAE在1．38μmol／m2与3．60μmol／m2之间,其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统．其次,通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明,在生长季期间,不存在土壤水分胁迫的情况下,土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度．最后,应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析,指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型,也可以有效地揭示出某些机理性现象．该研究证明,神经网络模型不仅可以有效地模拟CO2通量,也可以揭示出一些机理现象,为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径,利用已获取的区域尺度能量通量数据,模拟分析区域尺度的CO2通量分布格局提供了一种有效的方法．  相似文献   

基于人工神经网络的ChinaFLUX观测站CO2模拟研究通量     

何洪林于贵瑞  张雷明孙晓敏　苏文 《中国科学D辑》2006,36(Z2):234-243

涡度相关技术的发展,为准确获取区域尺度的CO2通量分布格局提供了数据基础.但由于涡度相关技术自身的局限性,需要利用模型模拟作为获取区域CO2通量的重要手段.可是CO2通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO2通量的时空动态变化带来了一定的困难.人工神经网络模型为模拟CO2通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段.在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中,基于2003年6～8月的半小时涡度相关观测数据,采用BP人工神经网络模型,以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量,模拟了CO2通量的动态变化.结果表明,人工神经网络模型具有较好的模拟结果,其R2系数在0.75与0.866之间.RMSE在0.008 μmol/m2与0.012 μmol/m2之间,MAE在1.38 μmol/m2与3.60 μmol/m2之间,其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统.其次,通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明,在生长季期间,不存在土壤水分胁迫的情况下,土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度.最后,应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析,指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型,也可以有效地揭示出某些机理性现象.该研究证明,神经网络模型不仅可以有效地模拟CO2通量,也可以揭示出一些机理现象,为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径,利用已获取的区域尺度能量通量数据,模拟分析区域尺度的CO2通量分布格局提供了一种有效的方法.  相似文献   

基于人工神经网络的ChinaFLUX 观测站CO₂模拟研究通量*     

何洪林于贵瑞  张雷明孙晓敏 苏 文 《中国科学D辑》2006,36(Z1):234-243

涡度相关技术的发展, 为准确获取区域尺度的CO₂通量分布格局提供了数据基础. 但由于涡度相关技术自身的局限性, 需要利用模型模拟作为获取区域CO₂通量的重要手段. 可是CO₂通量和其他微气象变量之间的非线性关系给模拟CO₂通量的时空动态变化带来了一定的困难.人工神经网络模型为模拟CO₂通量与其他微气象变量的非线性关系提供了一种新的手段. 在ChinaFLUX三个不同类型(农田、森林、草地)生态系统中, 基于2003年6~8月的半小时涡度相关观测数据, 采用BP人工神经网络模型, 以能量通量(净辐射、潜热、显热和土壤热通量)以及温度(空气温度、土壤温度)和表层土壤水分作为输入变量, 模拟了CO₂通量的动态变化. 结果表明, 人工神经网络模型具有较好的模拟结果, 其R2系数在0.75与0.866之间.RMSE在0.008 ?mol/m²与0.012 ?mol/m²之间, MAE在1.38 ?mol/m²与3.60 ?mol/m²之间, 其中农田和森林生态系统的模拟精度略高于草地生态系统.其次, 通过比较土壤水分要素是否参与模拟的结果表明, 在生长季期间, 不存在土壤水分胁迫的情况下, 土壤水分的参与并不能显著提供模型模拟的精度. 最后, 应用连接权重方法进行了神经网络模型不同输入变量的重要性分析, 指出神经网络模型不完全是一个黑箱模型, 也可以有效地揭示出某些机理性现象.该研究证明, 神经网络模型不仅可以有效地模拟CO₂通量, 也可以揭示出一些机理现象, 为通过涡度相关观测与遥感反演技术的集成途径, 利用已获取的区域尺度能量通量数据, 模拟分析区域尺度的CO₂通量分布格局提供了一种有效的方法.  相似文献   

广州麓湖水-气界面多环芳烃的通量分析     

陈灿云  张干  李军  祁士华  彭先芝  刘国卿  张伟玲 《湖泊科学》2006,18(5):499-502

利用干湿沉降采样器、大流量采样器和半渗透膜装置对广州麓湖大气干湿沉降、大气中气态和颗粒态多环芳烃以及水体中溶解态多环芳烃进行了连续一年的采样监测,并在此数据基础上依据多环芳烃在大气和水体间的作用规律,计算了广州麓湖水-气界面上多环芳烃的交换通量．结果显示,每年大气将向麓湖中输送约1300g的多环芳烃,主要以菲为主,占总量的60%以上．而湖水向大气挥发约220g的多环芳烃,主要以萘为主,占总挥发的95%．不同化合物在气水交换中的主要作用方式是不同的,2-3环的化合物主要以气水界面交换为主,5-6环的化合物以颗粒物沉降为主．而4环的化合物则以三种方式并存．不同季节,除了4环的化合物的各种作用方式所占地比重有所变化外,其它化合物变化不大．  相似文献   

我国高寒草甸碳循环研究进展     

张伟  张宏  泽柏 《山地学报》2006,24(B10):266-274

在我国，高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型之一，它对青藏高原大气与地面之间的能量平衡、水气交换、生物地球化学循环有着极其重要的作用。近年随着人们对全球气候变暖问题的日益关注，高寒草甸，这个全球气候敏感生态系统的源、汇动态及其影响因素的研究，成了认识全球碳循环的关键之一。分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性，对我国高寒草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，包括植物、凋落物和土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等。  相似文献   

盐生荒漠地表水、热与CO₂输送 的实验研究   总被引：5，自引：0，他引：5  

李彦  王勤学  马健  渡边正孝  张小雷 《地理学报》2004,59(1):33-39

利用安装在准噶尔盆地南缘多汁盐柴类荒漠上的涡度相关系统与配套的微气象观测系统所得数据,分析了显热、潜热与CO2通量的日过程和季节变化特点及各通量间的相互关系。数据显示了一个明显违背植物水分关系一般规律的现象:当水汽(潜热) 通量明确显示土壤水分亏缺时,净光合(CO2通量) 却未受到影响。因此推测当地原生植物的根系在积盐严重的土壤上层没有发育,所以其水分状况与光合能力不受上层土壤干湿的影响,观测到的水汽通量的变化主要由土壤蒸发的变化造成的。  相似文献   

中纬度北太平洋依赖于ENSO事件及独立于ENSO事件的变率特征:观测事实与海气耦合模式模拟   总被引：18，自引：0，他引：18  

Zhou Tianjun  Yu Rucong  Li Zhaoxin 《大气科学进展》2002,19(6):1127-1147

观测事实显示,在E1 Ni(?)o发生期间,伴随着赤道中东太平洋的增暖,中纬度北大平洋中部表层海温（SST）常出现冷距平,而北美大陆西海岸SST则出现暖距平。借助观测资料分析和海气耦合模式模拟两种手段,检验了北太平洋对ENSO事件的上述响应。观测证据和数值模拟都支持有关学者提出的“大气桥”概念,即大气对赤道中东太平洋SST异常增暖的响应,随后强迫中纬度北太平洋,并导致那里SST的变冷,从而起到了连接热带和热带外特别是中纬度北太平洋的“桥梁”的作用。关于其机制,本文认为主要是海洋对大气强迫的动力响应导致那里的SST变冷,尽管潜热通量的贡献也很显著。至少模式结果证明短波辐射、长波辐射和感热通量的贡献都是次要的。进一步的分析揭示,北太平洋存在着线性独立于ENSO事件的所谓“北太平洋模态”,在空间型上,它和线性地依赖于ENSO事件的模态非常相近,即它们的纬向结构都呈现出扁平的“双极”型,只是彼此间SST距平极大值的中心位置不同。模拟结果表明,北太平洋模态与大气的耦合作用,主要是通过海气热通量交换实现的,其中短波辐射和长波辐射的作用居主导地位,而潜热通量的贡献则基本可以忽略。  相似文献   

中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)的研究进展及其发展思路   总被引：2，自引：0，他引：2  

于贵瑞伏玉玲  孙晓敏温学发　张雷明 《中国科学D辑》2006,36(Z2):1-21

涡度相关技术经过长期的理论发展和技术进步,已经成为直接测定陆地生态系统与大气间的CO2和水热通量的重要方法.随着涡度相关通量观测在全球范围内的广泛开展,各区域、国家以及国际通量观测研究网络(FLUXNET)也应运而生.在过去10年里,通量观测研究在探讨全球陆地生态系统碳循环和水循环过程及环境控制机理、揭示陆地生态系统碳收支的时空格局、寻找"未知碳汇"等方面取得了显著的成果,也为资源、生态和环境等科学领域的国际交流创造了理想的合作研究平台.随着通量观测研究的不断深入,今后国际通量界将加强引进和开发新的观测技术,扩展通量观测的应用领域,尝试运用通量观测数据来协助研究有关生物地理学、生物地球化学、生态水文学、气象/气候学、遥感和全球碳循环模型等领域的科学问题.中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)是FLUXNET的重要组成部分,经过3年多的连续观测和研究已在涡度相关通量观测技术和方法、典型陆地生态系统碳水交换过程及其环境响应机理、生态系统碳水通量模型开发等方面取得了一系列重要进展.研究发现中国的主要森林生态系统在2003～2005年度都为大气CO2的汇,青藏高原上的高寒草甸生态系统也表现为较弱的碳汇,而封育的内蒙古半干旱羊草草原却表现为弱的碳源;在大的空间尺度上,温度和水分是决定陆地生态系统碳收支的关键环境因子.ChinaFLUX的发展思路拟以典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合为技术途径,开展多尺度、多过程、多途径、多学科的综合集成观测,重点探讨生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系.  相似文献   

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究   总被引：6，自引：0，他引：6  

王毅勇  宋长春  闫百兴  王德宣  赵志春  娄彦景  宋新山 《湿地科学》2003,1(2):111-114

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.  相似文献   

长江输出溶解态无机磷的通量模型灵敏度分析及情景预测   总被引：3，自引：1，他引：2  

李新艳  杨丽标  晏维金 《湖泊科学》2011,23(2):163-173

研究河流向河口及沿海海域输送的物质通量是一项国际性前沿课题.基于人类活动影响流域营养盐输移的定量分析,应用Global NEWS模型模拟1970-2003年长江输出溶解态无机磷(DIP)的通景,对其不同来源的贡献率进行了分析,并基于千年生态系统评估对未来社会经济发展规划的情景,对2050年长江输出DIP的通量进行预测....  相似文献