Aims Light-use efficiency(LUE)is an important tool for scaling up local CO_(2)flux(F_(CO_(2)))tower observations to regional and global carbon dynamics.Using a data set including F_(CO_(2))and environmental factors ob...Aims Light-use efficiency(LUE)is an important tool for scaling up local CO_(2)flux(F_(CO_(2)))tower observations to regional and global carbon dynamics.Using a data set including F_(CO_(2))and environmental factors obtained from an alpine meadow on the Tibetan Plateau,we examined both diurnal and seasonal changes in LUE and the environmental factors controlling these changes.Our objectives were to(i)characterize the diurnal and daily variability of LUE in an alpine meadow,(ii)clarify the causes of this variability,and(iii)explore the possibility of applying the LUE approach to this alpine meadow by examining the relationship between daily LUE and hourly LUE at satellite visiting times.Methods First,we obtained the LUE—the ratio of the gross primary production(GPP)to the absorbed photosynthetically active radiation(APAR)—from the flux tower and meteorological observations.We then characterized the patterns of diurnal and seasonal changes in LUE,explored the environmental controls on LUE using univariate regression analyses and evaluated the effects of diffuse radiation on LUE by assigning weights through a linear programming method to beam photosynthetically active radiation(PAR)and diffuse PAR,which were separated from meteorological observations using an existing method.Finally,we examined the relationships between noontime hourly LUE and daily LUE and those between adjusted noontime hourly and daily LUE because satellites visit the site only once or twice a day,near noon.Important Findings The results showed that(i)the LUE of the alpine meadow generally followed the diurnal and seasonal patterns of solar radiation but fluctuated with changes in cloud cover.(ii)The fraction of diffuse light played a dominant role in LUE variation.Daily minimum temperature and vapor pressure deficit also affected LUE variation.(iii)The adjusted APAR,defined as the weighted linear sum of diffuse APAR and beam APAR,was linearly correlated with GPP on different temporal scales.(iv)Midday adjusted LUE was closely related to daily adjusted LUE,regardless of the cloud cover.The results indicated the importance of considering radiation direction when developing LUE-based GPP-estimating models.展开更多
光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use effi-ciency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响,这些因素包括水分含量、CO2浓度等等。文章...光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use effi-ciency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响,这些因素包括水分含量、CO2浓度等等。文章选择了不同氮、钾施肥量处理的小麦,测量其LUE和PRI,分析不同肥料处理对二者关系的影响。实验表明,氮、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的PRI值和叶片内部叶绿素的含量,在此基础上提高小麦的LUE。对于不同氮、钾处理的小麦,PRI和LUE之间都获得了很好的相关关系,总的相关系数R2分别是0.7104和0.8534。随着氮、钾肥量的增加,PRI和LUE之间的相关性也在增加。对1,2,3份的氮施肥量,相关系数R2分别是0.6020,0.6404和0.8014;钾施肥量为1,2,3份时,R2分别为0.3791,0.6404和0.6769。因此,PRI不仅能够获可靠精度的LUE,并且为监测小麦的肥料状况提供了一种间接方法,这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。展开更多
光能利用效率(light use efficiency,LUE)是指初级生产力与植被冠层所吸收的光合有效辐射(absorbed pho-tosynthetically active radiation,APAR)之比,它反映了植被利用光能的能力。定量化生产力的时空变化是定量化全球碳循环的重要研...光能利用效率(light use efficiency,LUE)是指初级生产力与植被冠层所吸收的光合有效辐射(absorbed pho-tosynthetically active radiation,APAR)之比,它反映了植被利用光能的能力。定量化生产力的时空变化是定量化全球碳循环的重要研究内容,而LUE作为光能生产力模型中的一个重要参数,是定量化生产力时空变化的基础。因此,定量化全球植被的LUE是定量化全球碳循环的重要组成部分。基于MODIS光能利用效率算法,本研究模拟了2004-2005年藏北高寒草甸生态系统的光能利用效率(LUEMODIS),并用观测的光能利用效率(LUEEC)对模型进行了验证。在MODIS算法中,日最低气温(Tamin)和饱和水汽压亏缺(VPD)分别被用来计算温度胁迫因子(Tscalar)和水分胁迫因子(Wscalar)。相关分析和多重逐步回归分析结果表明,相对于Wscalar,Tscalar更能够解释观测的LUE的季节变化。2004和2005年的模拟值分别高估了约14.97%和16.57%的观测值,但配对T检验显示模拟值和观测值差异不显著,即基于MODIS的LUE算法在模拟藏北高寒草甸LUE方面具有较高的精度。相关分析表明,观测的LUE与Tamin的相关性好于观测的LUE与平均气温的相关性,这表明在反应藏北高寒草甸生态系统LUE的季节变异方面,Tamin优于平均气温。总之,基于MODIS算法的LUE模型能够比较准确地定量化藏北高寒草甸生态系统的LUE。展开更多
太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE(light use efficiency,光能利用率),因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,...太阳辐射的散射组分能够增强植被冠层LUE(light use efficiency,光能利用率),因此需要在生产力模型中显式地加入散射辐射的影响,从而更准确地模拟植被冠层光合作用.以青藏高原高寒草地为研究对象,改进光能利用率模型,增加散射辐射模块,利用站点通量观测数据估计模型关键参数;结合区域尺度气象数据和遥感数据,模拟了2003—2008年青藏高原高寒草地区域尺度GPP(gross primary production,总初级生产力),并量化了GPP模拟的不确定性,进而通过分析模型改进前后GPP空间分布及其不确定性的差异量化了散射辐射的作用.结果表明:考虑散射辐射对LUE的影响后,模型参数优化效果明显提升,青藏高原高寒草地GPP的模拟效果得到提升;2003—2008年青藏高原高寒草地GPP模拟值呈现东南部较大,西北部较小的空间格局,与不考虑散射辐射的结果一致,但GPP平均值由312.3 g/(m^2·a)增至341.7 g/(m^2·a),增幅约9.4%,说明不考虑散射辐射会低估青藏高原高寒草地GPP;GPP模拟值不确定性的空间分布与不考虑散射辐射的结果一致,但是平均不确定性大小有所降低,从9.15%降至8.66%.研究显示,若在青藏高原高寒草地的GPP模拟中不考虑散射辐射,虽不会影响其空间格局,但会低估GPP模拟值的大小,同时增加其不确定性.展开更多
青藏高原是陆地碳循环研究中的热点地区。在全球气候变化背景下,其总初级生产力(gross primary production,GPP)在区域碳循环过程中发挥着重要作用。结合遥感数据使用模型模拟有助于了解青藏高原区域尺度上生态系统生产力的变化过程,以...青藏高原是陆地碳循环研究中的热点地区。在全球气候变化背景下,其总初级生产力(gross primary production,GPP)在区域碳循环过程中发挥着重要作用。结合遥感数据使用模型模拟有助于了解青藏高原区域尺度上生态系统生产力的变化过程,以及预测其未来的变化趋势。本研究使用6种常见的遥感GPP产品(GLASS、MODIS MOD17A2、FLUXCOM、VODCA2、改进的EC-LUE数据及VPM数据),结合涡度协方差通量观测数据(海北灌丛、海北湿地和当雄)进行验证后,对青藏高原2001—2015年生态系统GPP空间分布格局及时间变化趋势进行分析。结果表明:不同生态遥感产品得到的青藏高原年平均GPP、区域年均GPP时空分布格局与变化趋势存在较大差异,6套产品得到的2001—2015年变化趋势分别-0.77 g C·m^(-2)·a^(-1)(GLASS)、3.63 g C·m^(-2)·a^(-1)(MOD17A2)、-1.21 g C·m^(-2)·a^(-1)(FLUXCOM)、1.53 g C·m^(-2)·a^(-1)(VODCA2)、4.73 g C·m^(-2)·a^(-1)(VPM)和-0.81 g C·m^(-2)·a^(-1)(改进的EC-LUE);在空间分布上多年平均GPP总体呈现“东南高、西北低”的特点,区域差异较大;在青藏高原生态系统中,GLASS产品区域平均年GPP最高(827.78 Tg C·a^(-1)),MOD17A2产品最低(484.04 Tg C·a^(-1)),2001—2015年青藏高原生态系统GPP变化程度分布区域基本相同,东南部最剧烈,而西部最为稳定;经过站点数据验证,MOD17A2在8天尺度上结果相对更好,而FLUXCOM数据集在月尺度上结果相对更好,结合在区域尺度上的表现,MOD17A2数据集更加适用于青藏高原地区。展开更多
大尺度植被光能利用率(light use efficiency,LUE)的快速准确获取一直是限制植被生产力估算及相关研究的难题。当前LUE的研究存在取值不准、方法复杂、精度不高等问题,而遥感数据时间连续、空间尺度大、易获取的优势为LUE的准确估算提...大尺度植被光能利用率(light use efficiency,LUE)的快速准确获取一直是限制植被生产力估算及相关研究的难题。当前LUE的研究存在取值不准、方法复杂、精度不高等问题,而遥感数据时间连续、空间尺度大、易获取的优势为LUE的准确估算提供了可能。以东北地区典型的芦苇湿地为研究对象,利用多时相遥感影像Landsat OLI(operational land imager)与植被指数,通过分析LUE、植被指数与植被叶绿素含量之间的关系,探讨利用遥感植被指数实现湿地植被LUE准确估算的可行性。结果表明:除增强植被指数(enhanced vegetation index,EVI)外,其余植被指数均有较强的芦苇湿地表征能力。LUE与叶绿素及植被指数之间存在密切关系,其中归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)对LUE的敏感性最高(P <0.01;R^2=0.62),是本研究中表征芦苇LUE的最佳指数。研究验证了以叶绿素作为中间变量,借助遥感植被指数实现LUE便捷高效反演的理论假设,可为大尺度湿地植被生产力及碳循环等研究提供方法参考和思路借鉴。展开更多
植物光能利用率（Light Use Efficiency,LUE）作为表征植被利用光能合成生物化学能效率的重要指标,直接影响到生态系统生产力。本文使用2006年4月-10月湖南岳阳站通量观测资料,探讨杨树人工林不同时间尺度的光能利用率动态特征。结果表...植物光能利用率（Light Use Efficiency,LUE）作为表征植被利用光能合成生物化学能效率的重要指标,直接影响到生态系统生产力。本文使用2006年4月-10月湖南岳阳站通量观测资料,探讨杨树人工林不同时间尺度的光能利用率动态特征。结果表明：①杨树人工林生态系统典型晴天LUE_（30min）存在明显的＂V＂形日变化,其值介于（13.18~45.28）mmol/mol,最低值都出现在中午前后;②5日累计光能利用率（LUE_5）季节动态呈双峰型变化,峰值分别出现在5月初（42.57mmol/mol）和7月中旬（57.50mmol/mol）;③月尺度光能利用率（LUEmon）分别为24.79、27.85、20.95、42.27、32.60、24.91和10.47mmol/mol,最大值出现在7月份,且LUE_（mon）最大值较LUE5和LUE_（30min）低,最小值较LUE5和LUE_（30min）高。这些结果将为提高生态系统资源的利用提供重要的定量化依据。展开更多
基金Supported by the projects‘Integrated Study for Terrestrial Carbon Management of Asia in the 21st Century Based on Scientific Advancements’and‘Early Detection and Prediction of Climate Warming Based on the Long-Term Monitoring of Alpine Ecosystems on the Tibetan Plateau’funded by the Ministry of the Environment,Japanresearch fund from the Program for New Century Excellent Talents in University,from Ministry of Education,China,to J.C.
文摘Aims Light-use efficiency(LUE)is an important tool for scaling up local CO_(2)flux(F_(CO_(2)))tower observations to regional and global carbon dynamics.Using a data set including F_(CO_(2))and environmental factors obtained from an alpine meadow on the Tibetan Plateau,we examined both diurnal and seasonal changes in LUE and the environmental factors controlling these changes.Our objectives were to(i)characterize the diurnal and daily variability of LUE in an alpine meadow,(ii)clarify the causes of this variability,and(iii)explore the possibility of applying the LUE approach to this alpine meadow by examining the relationship between daily LUE and hourly LUE at satellite visiting times.Methods First,we obtained the LUE—the ratio of the gross primary production(GPP)to the absorbed photosynthetically active radiation(APAR)—from the flux tower and meteorological observations.We then characterized the patterns of diurnal and seasonal changes in LUE,explored the environmental controls on LUE using univariate regression analyses and evaluated the effects of diffuse radiation on LUE by assigning weights through a linear programming method to beam photosynthetically active radiation(PAR)and diffuse PAR,which were separated from meteorological observations using an existing method.Finally,we examined the relationships between noontime hourly LUE and daily LUE and those between adjusted noontime hourly and daily LUE because satellites visit the site only once or twice a day,near noon.Important Findings The results showed that(i)the LUE of the alpine meadow generally followed the diurnal and seasonal patterns of solar radiation but fluctuated with changes in cloud cover.(ii)The fraction of diffuse light played a dominant role in LUE variation.Daily minimum temperature and vapor pressure deficit also affected LUE variation.(iii)The adjusted APAR,defined as the weighted linear sum of diffuse APAR and beam APAR,was linearly correlated with GPP on different temporal scales.(iv)Midday adjusted LUE was closely related to daily adjusted LUE,regardless of the cloud cover.The results indicated the importance of considering radiation direction when developing LUE-based GPP-estimating models.
文摘光化学植被指数PRI(photochemical reflectance index)为估算植被的光能利用率LUE(light use effi-ciency)提供了一种快速、有效的方法。越来越多的研究关注外界环境对PRI和LUE之间关系的影响,这些因素包括水分含量、CO2浓度等等。文章选择了不同氮、钾施肥量处理的小麦,测量其LUE和PRI,分析不同肥料处理对二者关系的影响。实验表明,氮、钾施肥量的增加将提高冠层光谱的PRI值和叶片内部叶绿素的含量,在此基础上提高小麦的LUE。对于不同氮、钾处理的小麦,PRI和LUE之间都获得了很好的相关关系,总的相关系数R2分别是0.7104和0.8534。随着氮、钾肥量的增加,PRI和LUE之间的相关性也在增加。对1,2,3份的氮施肥量,相关系数R2分别是0.6020,0.6404和0.8014;钾施肥量为1,2,3份时,R2分别为0.3791,0.6404和0.6769。因此,PRI不仅能够获可靠精度的LUE,并且为监测小麦的肥料状况提供了一种间接方法,这将为田间管理和精细农业提供了必要的参考信息。
文摘光能利用效率(light use efficiency,LUE)是指初级生产力与植被冠层所吸收的光合有效辐射(absorbed pho-tosynthetically active radiation,APAR)之比,它反映了植被利用光能的能力。定量化生产力的时空变化是定量化全球碳循环的重要研究内容,而LUE作为光能生产力模型中的一个重要参数,是定量化生产力时空变化的基础。因此,定量化全球植被的LUE是定量化全球碳循环的重要组成部分。基于MODIS光能利用效率算法,本研究模拟了2004-2005年藏北高寒草甸生态系统的光能利用效率(LUEMODIS),并用观测的光能利用效率(LUEEC)对模型进行了验证。在MODIS算法中,日最低气温(Tamin)和饱和水汽压亏缺(VPD)分别被用来计算温度胁迫因子(Tscalar)和水分胁迫因子(Wscalar)。相关分析和多重逐步回归分析结果表明,相对于Wscalar,Tscalar更能够解释观测的LUE的季节变化。2004和2005年的模拟值分别高估了约14.97%和16.57%的观测值,但配对T检验显示模拟值和观测值差异不显著,即基于MODIS的LUE算法在模拟藏北高寒草甸LUE方面具有较高的精度。相关分析表明,观测的LUE与Tamin的相关性好于观测的LUE与平均气温的相关性,这表明在反应藏北高寒草甸生态系统LUE的季节变异方面,Tamin优于平均气温。总之,基于MODIS算法的LUE模型能够比较准确地定量化藏北高寒草甸生态系统的LUE。
文摘青藏高原是陆地碳循环研究中的热点地区。在全球气候变化背景下,其总初级生产力(gross primary production,GPP)在区域碳循环过程中发挥着重要作用。结合遥感数据使用模型模拟有助于了解青藏高原区域尺度上生态系统生产力的变化过程,以及预测其未来的变化趋势。本研究使用6种常见的遥感GPP产品(GLASS、MODIS MOD17A2、FLUXCOM、VODCA2、改进的EC-LUE数据及VPM数据),结合涡度协方差通量观测数据(海北灌丛、海北湿地和当雄)进行验证后,对青藏高原2001—2015年生态系统GPP空间分布格局及时间变化趋势进行分析。结果表明:不同生态遥感产品得到的青藏高原年平均GPP、区域年均GPP时空分布格局与变化趋势存在较大差异,6套产品得到的2001—2015年变化趋势分别-0.77 g C·m^(-2)·a^(-1)(GLASS)、3.63 g C·m^(-2)·a^(-1)(MOD17A2)、-1.21 g C·m^(-2)·a^(-1)(FLUXCOM)、1.53 g C·m^(-2)·a^(-1)(VODCA2)、4.73 g C·m^(-2)·a^(-1)(VPM)和-0.81 g C·m^(-2)·a^(-1)(改进的EC-LUE);在空间分布上多年平均GPP总体呈现“东南高、西北低”的特点,区域差异较大;在青藏高原生态系统中,GLASS产品区域平均年GPP最高(827.78 Tg C·a^(-1)),MOD17A2产品最低(484.04 Tg C·a^(-1)),2001—2015年青藏高原生态系统GPP变化程度分布区域基本相同,东南部最剧烈,而西部最为稳定;经过站点数据验证,MOD17A2在8天尺度上结果相对更好,而FLUXCOM数据集在月尺度上结果相对更好,结合在区域尺度上的表现,MOD17A2数据集更加适用于青藏高原地区。
文摘植物光能利用率（Light Use Efficiency,LUE）作为表征植被利用光能合成生物化学能效率的重要指标,直接影响到生态系统生产力。本文使用2006年4月-10月湖南岳阳站通量观测资料,探讨杨树人工林不同时间尺度的光能利用率动态特征。结果表明：①杨树人工林生态系统典型晴天LUE_（30min）存在明显的＂V＂形日变化,其值介于（13.18~45.28）mmol/mol,最低值都出现在中午前后;②5日累计光能利用率（LUE_5）季节动态呈双峰型变化,峰值分别出现在5月初（42.57mmol/mol）和7月中旬（57.50mmol/mol）;③月尺度光能利用率（LUEmon）分别为24.79、27.85、20.95、42.27、32.60、24.91和10.47mmol/mol,最大值出现在7月份,且LUE_（mon）最大值较LUE5和LUE_（30min）低,最小值较LUE5和LUE_（30min）高。这些结果将为提高生态系统资源的利用提供重要的定量化依据。
