干旱对鄂尔多斯碳水通量及水分利用效率影响研究

干旱对碳水通量及水分利用效率影响研究具有重要意义。文章以鄂尔多斯为研究区,利用趋势分析及皮尔逊相关关系分析,探讨了鄂尔多斯地区干旱、碳水通量及水分利用效率的空间变化趋势,以及碳水通量及水分利用效率对干旱的响应。结果表明:该地区东部总体上干旱程度减缓,植被总初级生产力GPP整体呈上升趋势,二者未来趋势均呈现反持续性;蒸散发ET变化趋势的年际分布主要受冬季影响;随着干旱程度的减缓,植被总初级生产力和蒸散发均有所增加;鄂尔多斯地区的水分利用效率WUE由GPP主导。研究成果为改善生态系统碳水循环提供重要的技术支撑。

2018-2020年盘锦稻田碳水通量数据集

稻田在农业土地利用和全球碳循环研究方面具有重要意义。辽河三角洲是东北水稻主产区之一,为研究稻田碳水循环提供了良好的实验平台。但辽河三角洲稻区长期碳水通量的研究还比较欠缺,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为2018–2020年辽河三角洲稻田生态系统的通量观测数据,通量塔位于中国气象局东北地区生态与农业气象野外科学试验基地盘锦稻田研究站。基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据标准处理流程形成生态系统碳水通量和关键气象要素四种时间尺度数据集,包括半小时、日、月和年的数据文件。本数据集对准确评价辽河三角洲稻田生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

2018-2020年盘锦芦苇湿地碳水通量数据集

湿地拥有巨大的碳汇能力、活跃的水汽交换和热量调节能力,是稳定温室气体排放、减缓气候变化的关键生态系统。辽河三角洲湿地是亚洲最大的暖温带滨海湿地,但湿地长期碳水通量的研究还比较欠缺,影响该地区CO_(2)通量和区域碳汇模拟精度,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为辽河三角洲芦苇湿地生态系统2018–2020年通量观测数据,数据采集地位于中国气象局东北地区生态与农业气象野外科学试验基地盘锦芦苇湿地研究站。基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系形成了标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集,数据集包括半小时、日、月和年4种尺度的数据文件。本数据集对准确评价辽河三角洲芦苇湿地生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

2016-2017年小浪底栓皮栎人工林碳水通量观测数据集

全球变化背景下,人工林在区域碳水循环中的重要作用受到越来越多的关注。栓皮栎(Quercus variabilis)是我国天然分布最广的树种之一,太行山南麓位于我国黄河重点生态区,属我国林业工程重点区域,在该区域开展栓皮栎人工林水碳通量观测研究对我国林业生态工程建设、人工林碳汇功能评估有重要意义。自2005年以来,河南黄河小浪底地球关键带国家野外科学观测研究站(简称小浪底站)采用涡度相关通量观测技术,长期开展了栓皮栎人工林碳水通量监测与研究。本数据集为参考中国陆地生态系统通量观测研究网络(China FLUX)质量控制和处理规范整理加工的2016–2017年小浪底站栓皮栎人工林通量和常规气象要素数据,包含生态系统总初级生产力、生态系统呼吸、净生态系统碳交换量、潜热和显热通量及空气温湿度、水汽压、风速、风向、辐射、大气压、降水量、土壤温湿度等气象要素,形成了半小时、日、月和年尺度数据产品。本数据集为人工林生态系统管理、区域碳收支评估提供数据支撑,有助于推动我国野外台站数据共享和数据规范化管理。

2018-2020年松嫩平原长岭盐碱稻田碳水通量观测数据集

与其他陆地生态系统相比,农田生态系统与大气间的CO_(2)和H2O交换的过程具有多变性与复杂性,其交换过程不仅受到环境因子的影响,还受作物类型、种植模式、管理方式等因素的共同作用。作为中国东北松嫩平原盐碱地改良过程中最有效的治理措施之一,洗盐种稻具有较强的区域代表性,在气候调节、水分利用、碳汇功能等方面都亟待研究,需要实地监测数据作为支撑。基于微气象学理论的涡度协方差技术,可以对农田生态系统与大气间CO_(2)和水热通量交换进行直接测量。本数据集为长岭盐碱稻田2018–2020年通量观测结果,该结果经ChinaFLUX技术标准体系进行质量控制与插补处理。数据集的时间尺度含半小时、日、月和年,数据指标具体包括观测期间的大气温度(Ta)、空气相对湿度(RH)、水汽压(e)、饱和水汽压(es)、土壤温度(Ts)、土壤水分(SWC)、净辐射(Rn)、光合有效辐射(PAR)、降雨量(P)、风速(Ws)、风向(Wd)、显热通量(Hs)、潜热通量(LE)、蒸散量(ET)、二氧化碳净交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)、总生态系统交换量(GEE)等。建立和共享本数据集可为农田生态系统与大气间能量与物质交换提供本底资料,为区域生态系统评估提供数据支持和理论参考。

2017-2018年河南宝天曼天然栎林碳水通量观测数据集

基于微气象学理论的涡度相关通量观测技术,直接测定了亚热带暖温带过渡区天然栎林生态系统尺度的生产力、能量分配和水分利用等功能和过程,为研究森林生态系统碳水循环过程机理提供了重要的数据基础。本研究选取位于河南宝天曼森林生态站的天然栎林作为研究对象,使用涡度相关系统和环境梯度系统进行长期定位观测,并对2017年1月至2018年12月的监测数据进行了整理、质量控制和分析。本数据集包括空气温湿度、土壤温湿度、风速、风向、光合有效辐射、向上/向下的短波辐射、向上/向下的长波辐射、净辐射、显热通量、潜热通量和碳通量等观测指标,形成了半小时、日尺度、月尺度和年尺度的数据产品,以期为研究亚热带-暖温带过渡区典型森林生态系统对气候变化的响应和适应及其机制提供数据基础。

2012-2020年内蒙古半干旱草原碳水通量关键参数观测数据集——基于长期降水格局控制实验

增温导致全球降水格局发生显著变化,这将显著影响我国北方半干旱草原植被生长和生态系统功能。碳水通量作为生态系统功能的关键过程,决定了生态系统的碳固持能力与资源利用策略。因此,明确生态系统碳水通量对降水格局变化的响应及其控制因子,有助于评估气候变化背景下我国草原生态系统碳汇功能的变化。但是,目前关于草原生态系统碳水过程对降水格局变化响应方面尚缺乏长期的控制实验研究与观测数据。本研究基于内蒙古锡林郭勒草原长期降水格局控制实验(包括7个降水量与降水频度变化处理),采用静态箱式法,通过红外气体分析仪进行测定,对2012–2020年生态系统碳水通量交换关键过程季节动态长期观测数据进行了整理与质量控制。本数据集主要包括气象环境数据(降水量、大气温度、土壤水分含量和土壤温度等)和碳水通量数据(生态系统总初级生产力、生态系统呼吸、生态系统净碳交换量、生态系统蒸散、碳利用效率和水分利用效率)两部分。初步结果表明,干旱显著降低碳水通量,但增水对其影响不显著;所有通量相关指标在停止处理后第一年就恢复至对照水平。本数据集的发布将为进一步加深我国草原生态系统碳水循环及其耦合过程对降水格局变化响应的研究与机制理解提供重要数据基础。

基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟

人工林生态系统是我国森林生态系统的重要组成部分,在全球碳平衡中的作用越来越受到重视。利用千烟洲亚热带人工针叶林通量观测站的碳水通量和气象观测数据,通过模型数据融合方法对碳水循环过程模型——SIPNET模型关键参数进行反演,模拟了2004—2009年千烟洲人工林生态系统的碳水通量。结果表明:仅用碳通量观测数据优化模型参数时,净生态系统碳交换量(NEE)模拟效果较好(R2=0.934),而生态系统蒸散(ET)模拟效果较差(R2=0.188);同时用碳水通量观测数据优化时,NEE模拟效果稍差(R2=0.929),但ET模拟效果显著提升(R2=0.824),说明利用碳水通量观测数据同时优化,SIPNET模型才能较好地模拟试验站点碳水通量。在此基础上,开展了人工林生态系统碳通量对降水变化响应的敏感性分析,发现降水量减少对光合作用的影响比对呼吸作用的影响更为强烈,且碳水通量同时参与优化时模型才能较好地模拟碳通量随降水减少而快速降低的趋势,表明如果不能同时利用碳水通量进行参数优化,模型无法正确揭示生态系统碳循环对降水变异的响应。

安吉毛竹林碳水通量及水分利用效率的日动态研究

利用涡度相关技术研究了2011年6—9月浙江省安吉县山川乡毛竹林碳水通量变化特征,结合降水、净辐射、饱和水汽压差等气象数据,分析了毛竹主要生长期内碳水通量耦合关系。结果表明:毛竹林碳水通量变化白天呈现较高一致性,变化曲线分别呈"U"型、单峰型。日尺度水分利用效率早晨较低,正午前后达到最大,后又下降,呈现多个小峰的变化趋势;月尺度9月曲线波动较复杂,有多个峰值,8月较平缓,6、7月份曲线较相似,大小关系为9月(8.58 mg CO2?g–1H2O)>6月(6.98 mg CO2?g–1H2O)>7月(5.34 mg CO2?g–1H2O)>8月(5.12 mg CO2?g–1H2O)。水分利用效率与净辐射显著正相关,与饱和水汽压差极显著负相关。6—9月7:00—17:00净生态系统生产力与水汽通量极显著正相关,非线性的对数拟合(R2=0.6947)比线性拟合(R2=0.5947)有更好的相关性,表明亚热带毛竹林碳水的耦合关系会因气候环境的变化而解耦,原因可能是水热资源具有一定程度上分布不一致的特点,不利于水资源的高效利用。

稳定性同位素技术在森林生态系统碳水通量组分区分中的应用

生态系统碳水循环过程中的同位素分馏效应,为区分生态系统净碳交换过程中光合和呼吸通量,蒸散通量中植物蒸腾和土壤蒸发提供了理论依据。本文综述了稳定性同位素技术在这一领域的应用进展。研究结果显示,此方法切实可行,为进一步解释森林生态系统过程提供了广阔的前景。但由于森林生态系统结构复杂,不确定性因素多,国内外研究还处于尝试阶段。该方法在森林生态系统应用中还存在诸如Keeling图技术和涡度相关技术的假设条件难以满足等问题,期待今后在技术和理论上的突破。

2003-2010年鼎湖山针阔叶混交林碳水通量观测数据集

陆地生态系统碳水循环过程是全球生态系统中重要的生态学过程,科学定量森林生态系统的碳水循环过程中的碳水通量是准确定量陆地生态系统碳水过程的关键所在。基于微气象理论的涡度相关通量观测技术实现了对森林生态系统的碳水通量的准确定量,获取的碳水通量监测数据为研究森林生态系统碳“源汇”贡献提供了坚实基础。作为中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)和国家野外科学观测研究站网络(National Ecosystem Research Network of China,CNERN)成员,鼎湖山森林生态系统定位研究站自2002年底始对我国南亚热带鼎湖山针阔叶混交林森林类型进行碳水通量监测,现已完善为系统规范化的监测。其中针阔叶混交林为鼎湖山主要森林类型,也是我国南亚热带常见森林类型。按照中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)的统一规范,在该森林类型已进行长达17年的生态系统水平碳水通量及关键气象要素标准化监测。本数据集通过整理和统计,列出了2003–2010年鼎湖山针阔叶混交林碳水通量的动态实测数据,并包含了相关的数据集构建过程。建立和共享本数据集可以为深入探讨全球水热格局变化情形下的生态系统与大气之间碳、水和能量交换监测研究提供本底资料,为该地区的森林经营管理及生态系统功能评价提供数据支撑。

基于碳水通量耦合原理改进Penman-Monteith蒸散发模型

陆地蒸散(ET)涵括地表和潮湿叶片的蒸发和植物的蒸散发,是陆地水循环的重要组成部分。Penman-Monteith方程是估算陆地蒸散的重要方法,方程中的叶片或冠层气孔导度是提高估算精度的关键因子。根据碳水循环的耦合原理,植物光合作用模型可用于估算叶片或冠层气孔导度。植物光合作用模型可分为三类:1)使用总冠层导度的大叶模型(BL),2)区别阴、阳叶冠层导度的双大叶模型(TBL),3)区别阴、阳叶叶片导度的双叶模型(TL)。与这三类光合作用模型相对应,衍生出基于不同导度计算方法的三种蒸散估算模型。三种蒸散模型之间的主要区别在于是否进行从叶片尺度到冠层尺度的气孔导度集成。这三种模型中,双叶模型使用叶片尺度的气孔导度,集成度最低。反之,大叶模型使用冠层尺度的气孔导度,集成度最高。由于在Penman-Monteith中,蒸腾和气孔导度之间的关系是非线性的,气孔导度的集合会导致负偏差。因此,与通量测量相比,大叶蒸散模型的估算偏差最大,而双叶蒸散模型的估算偏差最小。

基于Biome-BGC模型的北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应研究

研究中国北方杨树人工林碳水通量对气候变化的响应,对于制定合理的经营管理措施以应对区域的气候变化具有重要意义。基于对杨树人工林碳水通量的连续监测数据和对Biome-BGC模型参数的校准,模拟分析杨树人工林碳水通量及水分利用效率(WUE)对气候变化(气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升)的响应规律。结果表明,Biome-BGC模型校准后显著提升了其对杨树人工林碳水通量的模拟精度,对GPP、ET模拟结果的Nash-Sutcliffe效率系数(NS)分别为0.69和0.63,各自提高了64.3%和80%,均方根误差(RMSE)则分别降低至1.94 g C m^(-2) d^(-1)和0.88 mm/d,分别下降了26.5%和25.4%。在未来气候变化情景中,单独的气温上升、降水增加和大气CO_2浓度上升分别造成GPP的降低、升高和升高,其中GPP对大气CO_2浓度上升的响应程度(28%—44%)远高于对气温上升(1%—5%)和降水变化(3%—10%)的,ET则主要受降水的影响,响应程度在5%—14%之间。GPP和ET对气候变化的响应则受不同水平的气温上升、降水变化和大气CO_2浓度上升三者综合作用的影响。基于GPP和ET对气候变化的响应,WUE随气温上升、降水增加表现为降低趋势,随降水减少和大气CO_2浓度升高则呈升高趋势;其对未来气候中大气CO_2浓度升高的响应程度为27.7%—43.6%,远高于对气温上升(1.2%—5.8%)和降水变化(1.2%—3.5%)的,说明未来气候变化中大气CO_2浓度上升是促进杨树生长的主要因素;其中相对于当前WUE(2.8 g C/kg H_2O),C2T2P1和C0T3P0情景下WUE的升高和降低幅度最大,分别为45.4%和5.8%。

2004-2010年当雄高寒草甸碳水通量观测数据集

青藏高原地理环境独特,为研究高海拔、高寒生态系统碳水循环提供了良好的实验平台。但由于自然条件的限制,青藏高原腹地碳水通量的研究还比较欠缺,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为高寒草原化草甸生态系统2004–2010年通量观测数据,数据采集地位于青藏高原腹地的中国科学院当雄高寒草甸研究站(简称当雄站),基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系形成了标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集。本数据集对准确评价青藏高原高寒草甸生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

亚洲半干旱区碳水通量时空格局及驱动因素

亚洲半干旱区生态系统敏感,环境问题突出,作为全球近30年来碳水通量变化最大的区域,明确其碳水通量的时空分布格局和驱动因素对区域资源管理与可持续发展、全球气候变化等领域具有重要意义。基于植被与土壤湿度的联合同化产品(LPJ-Vegetation and soil moisture Joint Assimilation,LPJ-VSJA),结合研究区植被及气象数据,分析了亚洲半干旱区2010—2018年碳水通量植被总初级生产力(GPP)、蒸散发(ET)和水分利用效率(WUE)的时空变化、年际变化贡献率以及驱动因素。结果表明:(1)2010—2018年亚洲半干旱区年均GPP、ET、WUE空间格局总体呈“双夹型”,中高纬度与低纬度地区的碳水通量值大于中纬度区域。(2)2010—2018年GPP、ET和WUE的年际变化总体都呈现增长趋势,但只有GPP呈现显著增长趋势(P<0.05),增速为7.82 g C m^(-2)a^(-1)。(3)WUE的年际变化表现为总体先增加后减少,正值中农田对WUE年际变化贡献率最大(54.6%),森林生态系统在面积占比仅有草原五分之一的情况下仍有与草原相近的贡献率。(4)在亚洲半干旱区被植被所覆盖的40%区域中,WUE与温度、降水和光合有效辐射(PAR)显著相关(P<0.05),降水为亚洲半干旱区WUE的主导气象因素,降水和PAR共同影响了大部分区域植被的生长状况,对WUE多为负向影响;温度对WUE主要为正向影响。气象因子对WUE影响的区域差异性较明显。研究结果可为亚洲半干旱区制定植被和水资源管理策略、实现可持续发展提供参考。

2004-2010年上海崇明东滩湿地生态系统CO_(2)通量数据集

作为微气象学的经典方法之一,涡度相关技术已成为观测陆地生态系统与大气间CO_(2)、水热通量交换的主要手段。本数据集为上海长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站在上海崇明东滩湿地于2004年9月至2010年12月期间观测累积的通量数据,时间分辨率为半小时,数据项包括气温(T_air)、相对湿度(RH)、土温(T_soil)、光合有效辐射(PAR)、总辐射(Solar)、净辐射(Rn)、降雨量(Precip)、感热通量(Hs)、潜热通量(LE)和二氧化碳净交换量(NEECO_(2))等。本研究观测的生态系统为典型亚热带滨海盐沼类型,优势植物为芦苇和互花米草。本数据集的观测系统架设、设备维护和数据质量控制及处理等均按照FLUXNET规范,数据可靠性高,可为中国滨海盐沼的碳收支、蓝碳估算及生物入侵影响评估等相关研究提供扎实的数据支持。

2011-2020年海北高寒灌丛碳水热通量观测数据集

高寒灌丛是青藏高原的重要植被类型之一,多分布在山地阴坡、半阴坡或高海拔山前滩地,具有十分重要的碳素固持和水源涵养及气候调节功能。青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)自2002年应用涡度相关技术进行高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛生态系统碳水热交换,已有近20年的数据积累。在前期公开2003–2010年相关数据的基础上,进一步发布2011–2020年海北高寒灌丛碳水热通量观测数据集。本数据集包含空气温度、空气相对湿度、水汽压、风速、风向、大气压强、总辐射、净辐射、光合有效辐射、降水、土壤温度、土壤水分的常规气象数据子集和净生态系统CO_(2)交换、生态系统CO_(2)呼吸、总生态系统CO_(2)交换、潜热通量、显热通量的碳水热通量数据子集,均由半小时、日、月和年等4种时间尺度组成。本系列数据集不仅可以用于科学评估高寒灌丛生态系统碳水热等生态功能的环境驱动和演变趋势,还能对遥感-生态过程模型的参数验证及优化提供地面观测支撑。

2015-2020年海北高寒草甸碳水热通量观测数据集

青藏高原寒高草甸面积约为5.04×10^(5) km^(2),是高原生态屏障功能发挥和区域可持续发展的重要基质。2014年5月,青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)应用涡度相关技术进行高寒禾草-矮嵩草(Kobresia hulimis)草甸生态系统碳水循环和能量交换的连续观测,获取了宝贵的原始资料。经过异常值剔除、缺失通量数据的增强回归树模型插补等数据质控流程,海北站拟公开发布2015–2020年高寒草甸碳水热通量观测数据集。本数据集包含净生态系统CO_(2)交换、生态系统CO_(2)呼吸、总生态系统CO_(2)交换、潜热通量、显热通量等通量数据子集和空气温度、空气相对湿度、总辐射、净辐射、光合有效辐射、降水、土壤温度、土壤体积含水量等常规微气象数据子集,时间分辨率有30分钟、日、月和年等4种尺度。本数据集可以用于高寒草甸生态系统碳水循环过程模型的参数优化及碳素固持、水源涵养等生态功能的时空格局及演变趋势的科学认知。

2012-2016年三江源垂穗披碱草人工草地碳水热通量观测数据集

三江源被誉为“中华水塔”,建植多年生人工草地已成为该地区退化草地恢复工程的重要措施。三江源区垂穗披碱草人工草地水热交换的时空格局是探究该区生态服务功能的核心。青海三江源草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称三江源站)自2009年利用涡度相关技术开展垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地碳水热交换的科学观测,2012–2016年间积累了5年高质量连续通量观测数据。为了推动三江源乃至青藏高原草地生态系统碳水热格局等相关研究的发展,三江源站公开发表2012–2016年垂穗披碱草人工草地相关常规气象数据及碳水热通量数据。本数据集包含空气温度、空气相对湿度、土壤温度、土壤湿度、光合有效辐射和降水的常规气象数据子集和净生态系统CO_(2)交换通量、生态系统CO_(2)呼吸通量、总生态系统CO_(2)交换通量、潜热通量、显热通量的碳水热通量数据子集。数据集采用China FLUX推荐的通量数据处理方法,形成了30分钟、日、月和年尺度数据产品,可为三江源区人工草地生碳水热时空动态的科学认知、遥感反演、模型验证提供地面观测数据支撑。

2015-2020年若尔盖高寒草甸碳水热通量观测数据集

高寒草甸由于其巨大的碳储量和广泛的分布,是青藏高原最重要的生态系统之一。了解高寒草甸生态系统中的碳通量对于理解和预测高寒地区碳储存的动态至关重要。本数据集为若尔盖(红原)高寒草甸生态系统2015–2020年通量观测数据,数据采集地位于青藏高原东缘的红原县高寒草甸生态系统野外科学观测研究站,基于开路式涡度相关系统,同时观测了二氧化碳通量、甲烷通量以及水热通量。本站数据通过中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系形成了一套长期连续标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集。本数据集对准确评价青藏高原高寒草甸生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。