2000-2020年中国陆地生态系统年总初级生产力数据集

陆地生态系统年总初级生产力(AGPP)是粮食生产和陆地生态系统固碳的基础。分析AGPP的时空变化可以为保障区域粮食安全和减缓气候变化趋势提供理论依据,但需以准确评估区域AGPP为基础。基于ChinaFLUX的长期联网观测数据和公开的数据集,本研究构建了中国陆地生态系统AGPP数据集,并结合生物、气候和土壤因素,利用随机森林回归树通过模拟单位叶面积的AGPP构建了中国AGPP评估模型,生成了2000–2020年中国陆地生态系统AGPP数据,空间分辨率为30arcsecond,数据格式为tiff。本数据可以为模型模拟提供验证数据,也可以为区域生产力、生态质量、陆地碳汇评估及管理提供数据支撑。

寒旱区内陆河流域碳通量年际变化控制机制

为了解寒旱区内陆河流域碳通量的年际变化及其控制机制,使用涡度相关技术和气象观测系统同步对黑河流域典型生态系统(草地、农田、湿地、荒漠、森林)的碳通量和气象环境要素进行了长期定位观测.分析观测数据显示:黑河流域内农田(玉米)生长季净生态系统生产力(NEP)与总初级生产力(GPP)最大(729.81 g C/m^(2)/a与1184.60 g C/m^(2)/a),戈壁荒漠最小(94.18 g C/m^(2)/a与134.97 g C/m^(2)/a);湿地生长季生态系统呼吸(Reco)最大(460.22 g C/m^(2)/a),戈壁荒漠最小(41.18 g C/m^(2)/a).黑河上游高寒生态系统温度对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度明显高于黑河中下游干旱生态系统,而上游高寒生态系统土壤水分对NEP、GPP和Reco年际变化的解释度低于中下游干旱生态系统.在上游的高寒生态系统中,各站点间温度与NEP、GPP和Reco为正相关,而在中下游则为负相关.浅层土壤水分在黑河流域内高寒区和干旱区均与生态系统的NEP、GPP和Reco为正相关,上游高寒区浅层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性要高于深层土壤水分,而中下游干旱区则是深层土壤水分与NEP、GPP和Reco的相关性更高.

青藏高原东缘高寒草甸生态系统碳通量变化特征及其影响因素

利用涡动相关技术对青藏高原东缘阿柔的碳通量进行了连续观测,定量分析了高寒草甸碳通量的变化特征及其影响因素。结果表明:1)阿柔草甸碳通量的日变化基本呈现单峰曲线,吸收峰值出现在正午前后,晚间为碳排放。碳通量的日变化具有较大的季节差异,生长季变化幅度大,非生长季变化幅度小;2)阿柔草甸碳通量的变化受到辐射、土壤温度及昼夜温差等环境因子的影响。青藏高原生长季辐射强,雨热同期,有利于高寒草甸的碳累积,夜间低温和非生长季的低温也减弱了碳排放;3)阿柔高寒草甸的碳吸收量为156.0g/m2/year,碳汇功能明显。它的平均Q10为3.28,高于低海拔草地生态系统Q10,说明青藏高原高寒草甸生态系统呼吸对温度上升的反应更为敏感,具有较大的碳释放潜能。

黑河综合遥感联合试验涡动相关通量数据处理及产品分析

涡动相关通量数据的处理及质量控制是保证各涡动观测台站数据质量的重要步骤。"黑河综合遥感联合试验"(Watershed Allied Telemetry Experi mental Research,WATER)从2007年底到现在连续观测积累了大量涡动相关通量观测资料。使用经过改进的Edi Re软件对盈科站、阿柔站和关滩站3个站点的原始涡动数据进行预处理和质量控制。通过异常值及野值点剔除、倾斜修正、超声虚温修正、时间滞后校正、频率响应修正和空气密度效应修正(WPL修正)等基本处理生成Level-1数据产品;再通过大气状态平稳性检验、总体湍流特征检验以及湍流通量统计特征分析等初步质量控制,生成Level-2数据产品。以盈科绿洲站2009年7月份涡动相关数据为例,着重介绍涡动相关数据处理过程中各校正方法的重要性及不同校正方法对湍流通量计算的贡献。结果表明:超声虚温修正后感热通量比修正前减少约7.7%;时间滞后校正后潜热通量和CO2通量分别增加了3.9%、2.7%;频率响应修正后感热通量、潜热通量及CO2通量分别增加了2.7%、10.5%、11.6%;WPL修正后潜热通量增加了1.7%,CO2通量减少了9.8%。最后将Campbell实时处理结果与Level-1产品及Level-2产品进行对比分析,并对黑河流域各涡动站做了总体数据精度评价,阿柔站数据质量最好,盈科站次之,关滩站较差。

遥感GPP模型在高寒草甸的应用比较

随着遥感数据时空分辨率的提高,大范围实时监测总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity)的变化成为可能。本研究收集了黑河流域阿柔冻融观测站的气象观测资料和MODIS数据,驱动VPM、TG、VI和EC-LUE4个模型估算了该站点的GPP,并应用涡动相关观测的GPP验证了模拟结果,并比较了这4个模型的模拟精度。结果表明:阿柔站2009年的涡动相关观测的GPP、NEE(Net Ecosystem Exchange)和ER(Ecosystem Respiration)分别为:804.2gC/m2/yr、129.6gC/m2/yr和673.6gC/m2/yr。该站点光合作用固定的碳有83.8%通过生态系统的呼吸作用释放到大气中。基于遥感的GPP模型能够很好地模拟高寒草甸的GPP,全年的判定系数在0.94以上,生长季的判定系数大于0.84。

黑河流域地表过程综合观测网的运行、维护与数据质量控制

当前,以全球、区域(流域)为单元建立分布式的观测网已成为陆地表层系统观测的主流方向,而良好的运行与维护、严格的数据质量控制是获取高质量观测数据的前提。本文以中国第二大内陆河黑河流域为例,概述了黑河流域地表过程综合观测网的相关情况,总结了该观测网的运行与维护以及数据质量控制的研究进展,主要包括:日-旬-月-年尺度的运行与维护流程,由仪器比对与标定、数据处理、筛选与审核等构成的数据质量控制流程等。以2018年3个超级站为例展示了观测数据成果,并介绍了黑河流域地表过程综合观测网的成效。本文的研究成果将对"丝绸之路经济带"上许多相近内陆河流域的野外观测与数据质量控制等工作起到借鉴作用。

基于不同郁闭度的青海云杉冠层截留特征研究

祁连山区为石羊河、黑河和疏勒河等内陆河流域的主要水源涵养区域,青海云杉作为祁连山区水源涵养林的主要建群种,对流域尺度的水文过程起到了重要的作用。很多学者对该地区的青海云杉冠层截留特征进行了研究,但是在进行集雨器布设的时候多采用随机或者规则采样方法,两种方法由于没有考虑到冠层结构的影响,所以不易具有很好的代表性。试图采用一种新的布设雨量筒的方法:即根据雨量筒上方冠层的郁闭度来确定雨量筒的布设位置,使其大致能够在郁闭度区间内均匀分布。同时在实验样地内还采用了规则采样方法布设了集雨槽,用来做对比分析。为了得到冠层郁闭度,实验采用遥感图像处理软件ENVI来对普通数码相机采集的冠层图像进行处理。利用数理统计原理和数学模型,对观测期间的34组降雨数据进行了综合分析,并且和规则格网采样的结果进行了对比。结果表明:林内的穿透降雨和郁闭度之间呈现非线性关系;平均林内穿透降雨量随降雨量的增加而增加,二者之间呈现良好的线性关系;在一定的降雨量范围内林冠截留量随降雨量的增加而增加,反之,林冠截留量减少;青海云杉林冠层的总截留降水率为22.2%;根据郁闭度来确定雨量筒的布设位置是可行的。

黑河综合遥感联合试验自动气象站数据质量控制与产品生成

"黑河综合遥感联合试验"自动气象站(AWS)数据的质量控制(QC)分两个阶段进行:计算机自动控制阶段(QC1)和人机交互判断阶段(QC2)。QC1利用气候学界限值检查、台站极值检查、基本气象公式检查、内部一致性检查、时间一致性检查、综合决策算法,对自动气象站资料进行了自动质量控制;QC2中质量控制人员在QC1质量控制的基础上,对判断为可疑和错误的数据进行人工判断、分析错误原因、订正逻辑性错误,并给出数据的最终质量评价。上述质量控制后的自动气象站资料分两级发布,以供科研使用。最终结果表明:QC1中的质量检查可以有效地识别出观测资料中存在的明显错误;经过QC2数据逻辑错误订正后,"黑河综合遥感联合试验"AWS(Automatic Weather Station)数据总体质量较高,达到了预期的试验目标。

时序NDVI数据集重建综合方法研究

时序NDVI数据集已经成功地应用于全球与区域环境变化、植被动态变化、土地覆盖变化和植物生物物理量参数反演等多方面的研究。时序NDVI数据集受到云和气溶胶等大气条件和传感器自身等因素的影响包含很多噪声,影响了其进一步的应用。基于对近几年来普遍使用的5种重建方法的对比分析结果,发展了基于标准差权重和噪声点性质的两种综合方法。以黑河流域2009年16 d最大值合成的MODIS NDVI数据为例,对比了两种综合方法与5种重建方法的效果;并用2009年5月下旬至8月上旬的地面实测NDVI数据验证了两种综合方法的重建效果。结果表明这两种综合方法的效果都优于对比的5种重建方法,它们既保留了原始数据中大部分的点,又最大限度地修正了噪声点,所生产的时序NDVI数据集,可以更好地用来开展全球与区域土地覆盖和植被动态变化监测等研究。

遥感综合观测与模型集成研究为黑河流域生态环境保护与可持续发展提供科技支撑

中国科学院黑河遥感试验研究站(以下简称"黑河遥感站")立足寒旱区内陆河流域,通过星空地一体化的综合观测手段,精细化地观测黑河流域的水文气象要素,在科学上为寒旱区定量遥感、尺度转换、模型集成等方面的研究作出突出贡献,在服务国家需求上为流域可持续发展、生态环境保护、国家公园建设等提供科技支撑。黑河遥感站构建了我国第一个多要素-多尺度-精细化流域综合观测系统,积累了大量的长期观测数据,为流域综合观测提供了示范;开展了深入的寒旱区定量遥感研究,形成了一系列寒旱区关键特色遥感数据产品,且得到了广泛应用;构建了异质性地表遥感产品真实性检验的理论框架和方法体系,并形成了相关国家标准;在黑河流域生态-水文-社会经济模型,以及流域可持续发展决策支持系统的发展中起到关键支撑作用。总体上,黑河遥感站实现了从传统单站观测向流域综合观测系统的转型,实践和推进了观测-模型-决策一体化研究,是新时代山水林田湖草系统综合监测的典型,也是以流域为单元开展地球表层系统科学研究的示范。

瑞利光学厚度模型的适用性讨论与条件性构建

瑞利散射是生活中重要而又常见的自然现象之一,瑞利光学厚度是衡量瑞利散射强度的重要指标。通过对大气散射理论和瑞利光学厚度理论的梳理,总结了现有瑞利光学厚度两类模拟模型的优缺点。随着全球气候变化中CO2浓度已突破400ppm,近似数值模型因受到大气温度和CO2浓度为300ppm的背景条件的限制会导致部分模型误差的增加;而理论离散模型虽然有明确的物理意义,对CO2浓度也具有自适应性,模拟结果理论上可信可靠,但各相关输入物理参数求解复杂。为获得满足CO2浓度为400ppm的近似数值模型,通过对不同高度和纬度的九个试验地点,以理论离散模型为基础,模拟特定大气条件下(P0=1atm,T=15℃,CO2=400ppm)的瑞利光学厚度。通过拟合分析得出,瑞利散射强度与波长的4.529次方成反比,且在紫外-蓝波段CO2浓度对瑞利光学厚度的贡献在10–4-10–3数量级。因此,在CO2浓度发生改变的情况下,以理论离散模型为主要算法模拟瑞利光学厚度将能更好的提高模型的自适应性并减少模型本身带来的误差;并通过该模拟结果可进一步获得该大气条件下的计算简单方便的数值模拟模型。