不同生态系统呼吸模型在半干旱草原生长季碳循环研究中的比较及应用

利用锡林浩特国家气候观象台涡度协方差通量观测系统记录的湍流数据和土壤温度、湿度数据,分析2010—2012年锡林郭勒半干旱区针茅草原生态系统的呼吸过程及主要气候影响因子,探讨以土壤温度和土壤体积比含水量(VWC)为计算参数的3种连乘形式的呼吸模型和Q10呼吸模型在该生态系统的适用性,在此基础上讨论该生态系统生长季净碳交换速率(NEE)、呼吸速率(Reco)以及总初级生产力(GPP)的年际变化特征。该草原生态系统的呼吸作用受土壤温度和土壤含水量的共同影响,其中土壤含水量是重要的限制因子。2010和2011年,生长季降水量偏少,该生态系统受到一定程度的干旱胁迫,当土壤含水量处于12%~20%区间时,呼吸速率随其升高而显著增加,而当土壤含水量<12%或>20%时,呼吸速率对其变化不敏感;2012年降水充沛,呼吸速率与土壤温度的变化趋势相关性更显著。4种呼吸模型的拟合结果表明,Q10模型的表现(R2=0.64)优于其他3种连乘模型。使用Q10模型模拟的2010,2011和2012年生长季呼吸作用的累积碳交换量分别为157.32,138.75和246.32 g C/m2。该草原生态系统在这3年生长季中均表现出较显著的碳汇功能,净碳交换累积总量分别为-110.28,-68.79和-310.05 g C/m2,总初级生产力累积总量分别为267.52,207.57和555.85 g C/m2。干旱胁迫对光合作用的影响大于呼吸作用,与总初级生产力和呼吸作用相比,净碳交换量的年际差异更明显。

基于MODIS产品的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的验证

利用2010—2013年锡林浩特国家气候观象台涡动相关通量观测系统数据以及MODIS产品数据,验证基于增强型植被指数(EVI)、陆地表面水分指数(LSWI)和地表温度(LST)的生态系统呼吸模型在内蒙古半干旱草原的适应性,并探讨该遥感生态系统呼吸模型存在的问题。结果表明:生态系统呼吸模型能较好地模拟夜间生态系统呼吸速率(Reco)在生长季内和年际间的变化,模拟值与观测值吻合较好(R^2=0.90,RMSE=0.02mgCO2/(m^2·s));夜间Reco的观测值与EVIs×Ws(EVIs和Ws分别是EVI和LSWI对光合作用的影响函数)呈较显著的线性相关(R^2=0.63),与LST的关系基本上满足L-T方程(R^2=0.39);夜间Reco在生长季的前、中、后期对EVIs×Ws和LST的响应不同是造成模型误差的重要原因之一。