秋季在北京城郊草地下垫面上的一次臭氧干沉降观测试验

2007年9月23日至10月13日, 在北京昌平区蟒山森林公园内, 利用浓度梯度观测法研究了秋季草地下垫面上臭氧的干沉降特征。研究结果表明: (1) 整个观测期间, 臭氧干沉降通量和干沉降速率平均值分别为-0.40 μg?m-2?s-1(负号表示方向指向地面) 和0.55 cm/s。 (2) 臭氧干沉降通量和干沉降速率受观测点山谷风的影响, 当白天谷风主导时, 臭氧的干沉降通量最大, 其平均值为－0.67 μg?m-2?s-1; 在山风、 谷风转换期间, 其平均值为－0.44 μg?m-2?s-1; 夜间山风主导时最小, 为－0.26 μg?m-2?s-1。臭氧干沉降速率也呈现同样的变化规律, 三种情形下的平均沉降速率分别为0.74 cm/s、 0.50 cm/s和0.47 cm/s。 (3) 利用阻力模型计算了臭氧的植被冠层阻力 (Rc), 结果表明: 由于白天植被的光合作用, 叶面气孔打开, 冠层阻力相对较小, Rc 的平均值为109.0 s/m; 夜间植被叶面气孔关闭, 阻力有明显升高, Rc的平均值为217.7 s/m; 在整个观测期间, Rc的平均值为184.0 s/m。     

放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响

利用涡度相关技术, 于2006年7月27日至8月10日在内蒙古半干旱草原三种放牧强度的下垫面进行微气象观测。本文分析了放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响, 发现: (1)放牧降低植被覆盖率, 使地表反射率增大。(2)放牧使潜热通量减小。而放牧强度最大的锡林河河道潜热通量最大,表明土壤水分状况是半干旱草原地表能量收支的决定性因素。(3)羊草和冬季放牧观测点日平均CO2通量分别为-1.92 g?m-2?d-1和0.73 g?m-2?d-1, 表明放牧可以使草地由CO2的汇转变为源。锡林河河道为CO2的汇, 日平均CO2通量-3.35 g?m-2?d-1, 与羊草比较, 锡林河河道吸收CO2更多, 表明土壤湿度是影响半干旱草原CO2通量交换的重要因素。(4) 放牧通过减小叶面积指数, 减弱植被的光合作用能力。     

基于MODIS的我国北方农牧交错带植被生长特征

基于2000—2006年 (2004年缺)6年MODIS每8 d的总生产力资料以及我国农业气象观测站点牧草的物候观测资料, 定量分析了我国北方农牧交错带植被以及牧草生长特征。结果表明:我国北方农牧交错带植被的年均GPP (Gross Primary Productivity, 总初级生产力) 从2000—2006年呈现出波动性的变化特征, 年平均值为234.45 g C · m-2。对该地区植被的GPP与同期气候要素的分析显示, 气温是影响该地区植被生长的主要气候因素, 降水其次。对牧草物候期的GPP分析表明, 不同地区牧草的物候期对应的GPP值不同; 牧草在开花期时GPP最大, 在出苗期和黄枯期时GPP相对较小, 但是同一地区牧草的出苗期和黄枯期GPP值相差不大。     

基于陆面过程模式CLM4的中国区域植被总初级生产力模拟与评估

植被总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)决定进入陆地生态系统的初始物质和能量,是陆地碳循环与大气碳库的重要联系纽带。利用陆面过程模式CLM4-CN(Community Land Model version 4 with CarbonNitrogen interactions)模拟和分析中国区域1982~2004年GPP(CLM4_GPP)时空变化特征,并通过与基于观测数据升尺度所得到的MTE_GPP(Model Tree Ensemble,MTE)进行比较,评估CLM4在中国区域GPP的模拟能力,同时探讨了不同土地覆盖资料对GPP的影响。结果表明:(1)CLM4-CN能够较好地刻画中国区域GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但在量值上大部分区域尤其是30°N以南地区存在高估,CLM4-CN模拟的GPP多年平均值为13.7 Pg C a-1,而MTE_GPP仅为6.9 Pg C a-1;(2)CLM4-CN可以合理模拟GPP的季节变化(与MTE_GPP相关系数大于0.9),在量值上对温带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶林、寒带阔叶落叶灌木、C3极地草地、C3非极地草地和农作物模拟较好(均方根偏差RMSD100 g C m-2 month-1);(3)不同植物功能型CLM4_GPP表现出的年际变率均大于MTE_GPP,仅热带针叶常绿林、寒带阔叶落叶林和C3极地草地的CLM4_GPP与MTE_GPP变化趋势一致;(4)降水是研究时段内控制整个中国区域GPP的主要气候因子,但不同地区存在较大差异;(5)两种不同土地覆盖资料GPP模拟结果的显著差异表明,精确的土地覆盖是准确模拟GPP的重要基础。     

青藏高原典型下垫面通量印痕特征分析

下垫面的非均匀性影响地气通量观测的准确性和代表性,青藏高原复杂下垫面通量印痕分布的研究对地气相互作用的观测、模拟及其天气气候影响均具有重要意义。印痕分析是研究通量观测信息空间代表性的重要方法,通量印痕模型FFP(Flux Footprint Prediction)为计算通量印痕提供了一种行之有效的方法。基于西藏珠穆朗玛大气过程与环境变化国家野外科学观测研究站、阿里荒漠环境综合观测研究站、西藏纳木错高寒湖泊与环境国家野外科学观测研究站、慕士塔格西风带环境综合观测研究站和藏东南高山环境综合观测研究站5个台站2013年观测数据,利用FFP模型对通量印痕进行了模型参数敏感性分析,探讨了不同站点通量印痕分布的时空特点、具体影响因素,进而对观测台站架设提供指导。研究结果表明,通量印痕的主要影响因素为观测高度、风速、风向,下垫面类型为常绿针叶林的林芝站对观测高度、行星边界层高度较其他台站敏感。在青藏高原,使用三维超声风速仪观测数据得到的通量印痕的空间尺度为250～500 m。5个台站中珠峰站白天稳定层结时次最少,占白天数据点的15.69%,阿里站夜间不稳定层结时次最少,占夜间数据点的13.32%。在...     

珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生态系统CO2通量日变化与月变化特征

采用涡度相关法,对珠穆朗玛峰北坡高寒草甸生长季与非生长季(2005年5～7月、10月、11月及2006年2月、3月)的CO2通量进行了观测.分析结果表明,在生长季,CO2通量存在明显的日变化,08:00～19:00(北京时,下同)为CO2净吸收,20:00～09:00为C02净排放.6月,CO2通量峰值出现在11:00左右为-0.61g·m-2·h-1;而7月,CO2通量峰值出现在14:00,达到-0.86g·m-2·h-1.从月变化来看,5月为CO2净排放,月总量为89g·CO2·m-2,6月和7月均为CO2净吸收阶段,月吸收总量分别为70g·CO2·m-2和104g·CO2·m-2;而10月,植物枯黄,生态系统转为碳排放,月排放量约为50g·CO2·m-2,与次年3月份月总量(52g·Co2·m-2)接近,而11月份与次年2月份的月排放量接近(分别是23g·CO2·m-2,25g·CO2·m-2).非生长季(2月)CO2通量日变化振幅很小,除14:00～19:00少量的CO2净排放外(0.14g·m-2·h-1左右),其余时间CO2接近零.     

长江下游农业生态区CO2通量的观测试验

利用2001年6月10日~7月20日在安徽省全椒县稻田和2002年6月10日~7月20日在肥西县农作物混作区观测的近地层CO₂和能量通量资料，对农作物混作区和稻田CO₂通量特征进行了比较。结果表明:平均情况下，观测期内稻田白天(夜间)吸收(放出) CO₂为55.16 g·m-2(14.19 g·m-2)；农作物混作区白天(夜间)吸收(放出) C02为22.67 g·m”(12.40 g·m-2)；稻田白天吸收的CO₂通量随水稻生长而逐渐增加，夜间放出的CO₂在拔节期最高；农作物混作区CO₂通量在整个观测期并没有显著改变；稻田和农作物混作区均为大气CO₂的汇。对CO₂通量与光合有效辐射的关系分析表明:白天稻田吸收的CO₂通量与到达地面的光合有效辐射存在着显著的负相关关系。文中结果为数值模拟稻田与近地层大气CO₂交换提供了重要依据。     

CoLM模式在中国温带混交林和亚热带人工针叶林的水热通量模拟性能评估

利用中国陆地生态系统通量观测研究网络(ChinaFLUX)在长白山温带混交林观测站点和千烟洲亚热带人工针叶林观测站点的强化观测资料,考察了一个较为完善的陆面过程模式(Common LandModel,CoLM)在这两种不同植被类型下垫面的模拟性能,特别是其对潜热通量的模拟。模拟结果与强化观测资料的对比表明,CoLM能较好地模拟出实验站点地表能量平衡的基本特征以及潜热通量的日变化和季节变化。其中长白山站和千烟洲站潜热通量日平均的观测值与模拟值的相关系数分别为0.804和0.692,均通过了0.001的显著性水平检验。总体而言,CoLM在长白山站的模拟效果更好一些,模式对不同植被覆盖类型的土壤—植被—大气间水热传输过程的处理可能是造成差别的原因。     

通用陆面模式CLM在东亚不同典型下垫面的验证试验

利用野外观测资料,考察了通用陆面过程模式(CLM)对东亚地区3种典型下垫面(高原稀疏植被下垫面、森林、水田)的模拟能力.验证结果表明,在高原稀疏植被下垫面,CLM模拟的地表气温跟实测较为接近,同时CLM还可以较好地模拟出土壤温度随时间和深度的变化特征,但模式模拟的地面温度的幅值跟观测相比显著偏小;对于能量通量而言,除感热通量外,CLM所模拟出的其它能量通量的变化均与观测实况比较一致.对于淮河流域的森林下垫面,CLM所模拟出陆气间的各能量通量均与实测较为接近,尤以夏季(8月份)的模拟性能最好.对于水田下垫面,CLM模式较好地模拟出了各能量通量的主要变化特征及其季节差异,如水田的净辐射以及潜热通量夏季最大,而感热通量则是秋季最大等.     

夏季敦煌稀疏植被下垫面物质和能量交换的观测研究

利用2009年夏季敦煌地区加强期观测资料,分析了稀疏植被下垫面CO2、水汽的通量输送规律和地表辐射、能量平衡等微气象的变化特征。结果表明,敦煌地区夏季CO2、水汽通量有明显的日变化,其平均通量分别为-0.023mg.m-2.s-1和2.90mg.m-2.s-1;地表平均反照率为0.24,低于绿洲内部;感热是该地区地表热量流失的主要形式,潜热和土壤热通量相对较小,平均波文比为3.08;观测中也发现了有较大的能量不平衡现象,利用试验资料估算了土壤容积热容量,并在能量平衡方程中加入了土壤热储量,提高了能量平衡度。     

全球FLUXNET站点总初级生产力的年际变化及其主导因子解析

基于耶鲁互动生物圈模式（YIBs）,结合FLUXNET网络观测时间超过8 a的站点的观测数据,研究对不同气象因子影响下总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）的年际变化进行分析,探讨各植被类型GPP年际变化的主要驱动因子。结果表明,光合有效辐射的变化是落叶阔叶林和常绿针叶林站点GPP年际变化的主要驱动因子,贡献了这些森林类型年际变率的80%。相对湿度变化是作物站点GPP年际变化的主要驱动因子,贡献了作物GPP年际变率的65%。温度是灌木丛站点GPP年际变率的重要因子,其贡献率达到58%。草原站点GPP年际变化的不确定性较大,没有统一的主导因子。研究结果表明,气象要素是全球陆地GPP年际变化的主导因素。在未来气候变化背景下,极端气候事件频发可能会进一步增加GPP的年际变率。     

Surface fluxes of heat and water vapour from sites in the European Arctic

Summary  Measurements of the surface fluxes of heat and water vapour were taken at four sites across the European Arctic as part of the EU funded LAPP project. The sites cover a range of latitudinal, altitudinal and climatic conditions. The most northerly site is near Ny-?lesund, Svalbard, a polar semi-desert with continuous permafrost. A second permafrost site is a fen area in the Zackenberg valley, East Greenland. Finally two sites in northern Finland, Skalluvaara and Kaamanen are on the southern boundary of the region affected by permafrost. At all sites measurements were made of the turbulent fluxes of heat and water vapour using eddy correlation equipment for at least one active season. The net radiation totals for July and August are similar at all sites. At the sites with permafrost a substantial proportion (over 20%) of the net radiation goes into soil heat flux, to thaw the soil moisture in the top metre. Of the remaining energy just over half is used for evaporation. At the Finnish sites the vegetation is largely deciduous and this is seen in the record with higher evaporative ratios in July and August, after the vegetation becomes green. The Finnish sites tend to have higher surface resistance to evaporation; however, the evaporative demand is greater leading to slightly higher evaporation rates. The two Finnish sites have a similar seasonal pattern determined by the water table and seasonality of the vegetation. The two northern sites show a pattern that is determined primarily by the variation of water table only. It is concluded that the water balance through the active season is influenced primarily by the history of snow cover. The seasonality of the vegetation, the permafrost and the depth of water table are also important influences. Received November 1, 1999 Revised April 17, 2000     

全球植被与大气之间碳通量的模式估计(英文)

用大气植被相互作用模式（AVIM）模拟了全球陆地植被的净初级生产力（NPP）。AVIM由相互耦合的两部分组成：物理过程，包括陆地表面水分和能量在土壤、植被与大气之间的传输；以及生理生态过程，如：光合、呼吸、干物质分配、凋落和物候等。全球的植被分为13类，土壤按质地分为6类。用EMDI提供的全球1637个包括不同植被类型的NPP观测点数据对模型进行了检验。NPP模拟的结果表明：全球陆地植被的平均NPP为405.13gCm-2yr-1，不同植被类型的平均 NPP变化范围在99.58 g Cm-2yr-1（苔原）到996.2 g Cm-2yr-1（热带雨林）之间。全球年总NPP为60.72GtCyr-1，其中最大的部分为热带雨林，15.84GtCyr-1，占全球的26.09％。最大的碳汇是在北半球的温带。模式模拟的NPP在全球的空间和季节分布是合理的。     

Seasonal and interannual variations of carbon exchange over a rice-wheat rotation system on the North China Plain

Rice-wheat (R-W) rotation systems are ubiquitous in South and East Asia, and play an important role in modulating the carbon cycle and climate. Long-term, continuous flux measurements help in better understanding the seasonal and interannual variation of the carbon budget over R-W rotation systems. In this study, measurements of CO2 fluxes and meteorological variables over an R-W rotation system on the North China Plain from 2007 to 2010 were analyzed. To analyze the abiotic factors regulating Net Ecosystem Exchange (NEE), NEE was partitioned into gross primary production (GPP) and ecosystem respiration. Nighttime NEE or ecosystem respiration was controlled primarily by soil temperature, while daytime NEE was mainly determined by photosythetically active radiation (PAR). The responses of nighttime NEE to soil temperature and daytime NEE to light were closely associated with crop development and photosynthetic activity, respectively. Moreover, the interannual variation in GPP and NEE mainly depended on precipitation and PAR. Overall, NEE was negative on the annual scale and the rotation system behaved as a carbon sink of 982 g C m-2 per year over the three years. The winter wheat field took up more CO2 than the rice paddy during the longer growing season, while the daily NEE for wheat and rice were -2.35 and -3.96 g C m-2, respectively. After the grain harvest was subtracted from the NEE, the winter wheat field became a moderately strong carbon sink of 251-334 g C m-2 per season, whereas the rice paddy switched to a weak carbon sink of 107-132 per season.     

Modeling Gross Primary Production by Integrating Satellite Data and Coordinated Flux Measurements in Arid and Semi-Arid China

Assessing large-scale patterns of gross primary production (GPP) in arid and semi-arid (ASA) areas is important for both scientific and practical purposes. Remote sensing-based models, which integrate satellite data with input from ground-based meteorological measurements and vegetation characteristics, improve spatially extended estimates of vegetation productivity with high accuracy. In this study, the authors simulated GPP in ASA areas by integrating moderate resolution imaging spectral radiometer (MODIS) data with eddy covariance and meteorological measurements at the flux tower sites using the Vegetation Photosynthesis Model (VPM), which is a remote sensing-based model for analyzing the spatial pattern of GPP in different land cover types. The field data were collected by coordinating observations at nine stations in 2008. The results indicate that in the region during the growing season GPP was highest in cropland sites, second highest in woodland sites, and lowest in grassland sites. VPM captured the temporal and spatial characteristics of GPP for different land covers in ASA areas. Further, Enhanced Vegetation Index (EVI) had a strong liner relationship with GPP in densely vegetated areas, while the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) had a strong liner relationship with GPP over less dense vegetation. This study demonstrates the potential of satellite-driven models for scaling-up GPP, which is a key component for studying the carbon cycle at regional and global scales.     

全球植被与大气之间碳通量的模式估计

用大气植被相互作用模式(AⅥM)模拟了全球陆地植被的净初级生产力(NPP)。AⅥM由相互耦合的两部分组成：物理过程，包括陆地表面水分和能量在土壤、植被与大气之间的传输；以及生理生态过程，如：光合、呼吸、干物质分配、凋落和物候等。全球的植被分为13类，土壤按质地分为6类。用EMDI提供的全球1637个包括不同植被类型的NPP观测点数据对模型进行了检验。NPP模拟的结果表明：全球陆地植被的平均NPP为405.13 g C m-2yr-1，不同植被类型的平均NPP变化范围在99.58 g C m-2yr-l(苔原)到996.2 g C m-2yr-l(热带雨林)之间。全球年总NPP为60.72 Gt C yr-l，其中最大的部分为热带雨林，15.84 Gt C yr-1，占全球的26.09％。最大的碳汇是在北半球的温带。模式模拟的NPP在全球的空间和季节分布是合理的。     

植被归一化植被指数对气候因子的空间敏感性

基于全球土地利用类型和覆盖度,利用生长季多年平均（1982～2015年）归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和气候平均态（气温、降水量）数据,讨论了全球植被格局与气候因子之间的关系,建立了两者之间的多元回归模型,并分析了植被对气温和降水气候态敏感性的特征。植被与气候因子在气候梯度上存在明显的对应关系,回归模型可较好拟合气候态NDVI的全球分布格局,拟合与观测NDVI的相关系数达0.90。其中,常绿阔叶林、混交林、常绿针叶林、落叶阔叶林、农田和木本稀树草原空间分布的拟合能力较好（r>0.8）。不同土地覆盖类型的NDVI对气温、降水气候态的空间敏感性特征不同。整体而言,植被对气温和降水的敏感性呈现反相关关系（r=-0.6）。不同土地覆盖类型对气温表现出正/负敏感性,寒带灌木对气温的敏感性最强,而农作物、草原、裸地对气温负敏感性较大;植被对降水的敏感性均表现出正敏感性,其中落叶针叶林、草原和稀树草原对降水的空间敏感性较强。     

西北地区MODIS-NDVI指数饱和问题分析

为了了解西北地区MODIS-NDVI和MODIS-EVI两种植被指数的特点,本文利用美国NASA LP DAAC(Land Process Distributed Active Archive Center)2004年1~12月的250 m分辨率16天植被指数合成的MOD13 Q1数据集,对西北地区不同类型植被NDVI和EVI的特征进行分析,并对西北地区MODIS-NDVI饱和问题进行了初步研究。结果表明:NDVI和EVI对干旱—半干旱气候区植被覆盖度不高的植被类型描述能力相似,月际变化趋势一致。西北地区各种植被类型NDVI比EVI高,NDVI与EVI的差异总体上呈现从半荒漠、草原、农区到林区,随NDVI值的增加而增大的规律。对植被度覆盖度高的阔叶林和针叶林,在植被生长旺盛期,NDVI总在0.8附近波动,NDVI随植被的生长增加的很小,一直维持在一个高且平的范围内,不再能看出植被生长变化的现象,即饱和现象严重;而EVI表现良好,随着植被的生长而增加,能明显地反映出植被生长的季节变化。西北高寒草甸和陕西关中农业区NDVI也出现有不同程度的饱和,饱和时间因植被的不同从1~2月不等。0.8可作为NDVI饱和的阈值。NDVI饱和问题对卫星监测植被的研究和应用会产生误差,EVI能较好地解决NDVI的饱和问题。     

Improving Simulation of the Terrestrial Carbon Cycle of China in Version 4.5 of the Community Land Model Using a Revised Vcmax Scheme

The maximum rate of carboxylation(Vcmax) is a key photosynthetic parameter for gross primary production(GPP) estimation in terrestrial biosphere models. A set of observation-based Vcmax values, which take the nitrogen limitation on photosynthetic rates into consideration, are used in version 4.5 of the Community Land Model(CLM4.5). However, CLM4.5 with carbon-nitrogen(CN) biogeochemistry(CLM4.5-CN) still uses an independent decay coefficient for nitrogen after the photosynthesis calculation. This means that the nitrogen limitation on the carbon cycle is accounted for twice when CN biogeochemistry is active. Therefore, to avoid this double nitrogen down-regulation in CLM4.5-CN, the original Vcmax scheme is revised with a new one that only accounts for the transition between Vcmax and its potential value(without nitrogen limitation). Compared to flux towerbased observations, the new Vcmax scheme reduces the root-mean-square error(RMSE) in GPP for mainland China by 13.7 g C m-2 yr-1, with a larger decrease over humid areas(39.2 g C m-2 yr-1). Moreover, net primary production and leaf area index are also improved, with reductions in RMSE by 0.8% and 11.5%, respectively.