基于通量源区模型的雷竹林生态系统碳通量信息提取

基于浙江省临安市太湖源雷竹Phyllostachys violascens林涡度相关通量观测塔2013年全年数据,应用通量源区模型(flux source area model,FSAM),分析不同大气稳定度条件、不同风向和不同时间段该观测点通量信息的贡献区的分布,并基于贡献区分析结果,从通量观测值中分解出来自雷竹林生态系统的碳通量信息。结果表明:90%贡献水平的通量贡献区在观测塔为中心的2.0 km×2.0 km范围内,大气稳定度相同时,4个不同方向的通量贡献区范围差别不大。通量贡献区长度在稳定的大气条件下要显著大于在不稳定大气条件下,前者为96.19~941.63 m,后者为28.62~313.54 m。通过雷竹林和非雷竹林在通量贡献区所占面积和各自的贡献率,从涡度相关所测通量数据中分解出雷竹林和非雷竹林的月平均碳通量。通量分解后的雷竹林生态系统年总净固碳量为4.25 t·hm^(-2)·a^(-1),当下垫面全部为非雷竹林时年总净固碳量为6.65 t·hm^(-2)·a^(-1)。如果不进行碳通量的分解,把涡度相关所测通量值作为雷竹林的通量值,则年总净固碳量为5.46 t·hm^(-2)·a^(-1)。该研究对于正确评价雷竹林生态系统的固碳能力可提供一定理论依据。

基于FSAM模型的毛竹林碳通量贡献区研究

利用涡度相关观测系统,连续监测2013年安吉毛竹林生态系统二氧化碳通量及其相关因子的变化,应用FSAM模型,分析不同大气条件、不同风向下通量贡献区的分布及其随时间的变化。结果表明：通量贡献区范围在各风向均随大气稳定程度的增加而增加。在稳定的大气条件下,通量贡献区范围显著大于不稳定大气条件;大气稳定与不稳定条件下各风向源区的水平范围分别为205.09-2 176.92 m和72.56-709.39 m,横向范围分别为802.36-883.16 m和337.92-392.84m;不同时间贡献区大小也有不同。通量贡献区93.05%的信息来源于观测塔东南、东北、西北3个方向,比例分别为37.45%、27.43%与28.17%。

夏季金塔绿洲近地层通量足迹及源区分布特征分析

选取2005年5月24日-6月18日在金塔开展的“绿洲系统能量与水分循环过程的观测实验”中的3层CSAT3的实验数据，应用Schmid的FSAM（The Flux-Source Area Model）模型，分析了不同观测高度的通量贡献源区分布以及观测高度对通量贡献源区分布的影响，同时分析了不同大气层结条件下源区的分布以及稳定度对通量贡献源区分布的影响。结果表明,稳定条件下的通量贡献源区大于不稳定条件下的通量贡献源区，并且随着观测高度的增加通量贡献源区会显著增大。

海南岛橡胶林通量足迹与源区分布研究

为分析影响橡胶林通量观测数据质量的因素,利用农业部儋州热带农业资源与生态环境重点野外试验站50 m高通量观测塔2010年12个月连续的通量观测资料,应用Schmid的FSAM(Flux-Source AreaModel)模式,分析不同大气条件下橡胶林通量足迹与源区分布特征。结果表明:(1)在大气不稳定状态时,通量各传感器测得的信息源区比大气稳定状态时源区面积相对较小;在相同贡献率水平下,大气稳定状态生长季节观测到的通量信息源区面积比非生长季节的信息源区面积大,大气不稳定状态非生长季节的通量信息源区面积比生长季节的信息源区面积大。(2)盛行风方向在110°～250°时,生长季大气不稳定情况下,通量测量的信息源区(P=80%)迎风方向范围在100～758 m之间,垂直于迎风方向范围在-251～251 m之间,非生长季大气不稳定情况下,迎风方向和垂直迎风方向的范围较均值略大些;生长季稳定条件下,迎风方向和垂直迎风方向的范围分别为173～1 858 m和-534～534 m,非生长季稳定条件下,迎风方向和垂直迎风方向的范围较均值略小些。(3)风向在0°～110°,250°～360°时,与盛行风方向上的通量信息源区面积相比,橡胶林大气处于稳定状态,其通量信息源区面积范围明显要高,但在非稳定大气状态时,二者相差不大。

半干旱区农田生态系统通量贡献区分析

通量贡献区是指对湍流交换过程有贡献的有效源（汇）区域,它与生态系统和大气间的通量交换密切相关。在实际观测中复杂的下垫面增加了通量观测的难度和不确定性,对通量贡献区评价能有效解决通量空间代表性的问题。为了研究半干旱区农田生态系统在完整的作物生育期通量贡献区的变化特点,该文根据位于黄土高原丘陵沟壑区的兰州大学半干旱区农业生态系统试验站的通量观测塔2014年12个月连续的玉米农田通量观测资料,应用Schmid的FSAM模型对半干旱区玉米农田的通量贡献区进行了分析。结果表明：本研究区的主风向是90°-180°（东南方向）,次主风方向是270°-360°（西北方向）;在主风向上,迎风方向非生长季的通量信息最远点大于生长季,而在垂直于迎风方向上则相反;生长季内迎风向通量信息最远距离呈现出先减小后变大的趋势,其中在抽雄期最小,垂直于迎风方向最大宽度变化无明显规律。大气稳定条件下通量贡献区面积比不稳定条件下大,且大气稳定条件下90%的通量信息来源于迎风向8-92 m,垂直于迎风向？35-35 m;不稳定条件下则分别为7-83 m和-25-25 m。白天90%的通量源区分布在离观测塔9-86 m,夜晚源区分布在离观测塔10-100 m,垂直于迎风向由白天的-21-21 m增加到夜晚的？35-35 m。由FSAM模型测得的通量贡献区可以较准确地反映农田生态系统的通量信息。

涡度相关技术实测农田的通量贡献区范围分析

基于涡度相关系统实测的北京地区2013—2014年冬小麦通量数据,采用FSAM和KL模型,分析了不同大气条件、不同风向、不同生育期通量源区范围的分布情况。结果表明,(1)整个小麦生育季,大气层结稳定和不稳定条件下,270°~360°方向风频所占比例最大,分别为42%和37%,为主风方向。(2)不同生育期、不同大气层结的主风向源区存在一定差异,大气层结稳定时,上风方向通量源区范围在16.07~167.05 m之间变化;大气层结不稳定时,上风方向通量源区范围在13.73~153.66 m之间变化。且大气层结稳定时的源区面积均比不稳定层结的大,源区面积随生育期呈先减小后增大的趋势;(3)从解析FSAM模型和拉格朗日KL模型的对比分析看,FSAM和KL模型估算距离观测点的最远距离分别为215.8和291.8 m,不同生育期2种模型估算结果也有差异。

淮河流域稻麦轮作农田生态系统通量源区分布特征

通量足迹模型通常用于解释通量观测数据的来源问题,以估算通量源区的位置和大小及不同的通量源区的相对贡献度。本文基于涡度通量观测数据,分析了不同时间尺度上的CO_(2)通量的变化特征,并利用Kljun足迹模型对安徽省寿县稻麦轮作农田生态系统2020年11月1日—2021年10月30日的观测数据进行通量源区分析,探讨了不同大气条件和作物不同生长阶段的通量源区情况。结果表明:CO_(2)通量具有明显的时间分异特征,年变化呈现“W”型双吸收峰特征,全年CO_(2)通量均值为-0.81μmol·m^(-2)·s^(-1);水稻营养生长与生殖阶段的CO_(2)通量日均值(-3.7μmol·m^(-2)·s^(-1))最小,碳吸收能力最强,冬小麦营养生长阶段CO_(2)通量日均值(1.03μmol·m^(-2)·s^(-1))最大,表现为碳排放;研究区主风向为西南风,其次为东南风,因此通量源区长度最大值也主要分布在西南和东南方向;通量贡献率为80%时,全年通量源区长度最大值为158.17 m;大气稳定状态下的通量源区范围均大于大气不稳定状态,且作物不同生长阶段的通量源区显著不同,冬小麦营养生长阶段的通量源区范围最大,冬小麦营养生长与生殖阶段的源区范围最小。本文对寿县稻麦轮作农田生态系统通量源区的准确模拟,对于未来从单一站点的通量到区域尺度的上升工作起着至关重要的作用,掌握通量源区模型在淮河流域农田下垫面的运行情况,对提高该区温室气体预算的准确性也有着重要实践意义。

冬小麦蒸散源区代表性分析

【目的】利用涡度相关技术观测冬小麦生育期内湍流通量,结合通量模型分析试验区农田生态系统通量贡献区的时空分布。【方法】使用闭路涡度系统对2019年10月—2020年6月新乡综合试验基地冬小麦进行通量观测,采用足迹解析模型中的FFP模型和基于土地利用信息的KM模型对通量源区分布和规律进行了分析。【结果】①整个生育期主风向为西南风,次风向为东北风,白天(大气非稳定状态)的主风向为西南风,夜间(大气稳定状态)的主风向为西南风。②不同生育期、不同大气状态下的源区面积存在一定的差异,大气稳定状态下源区面积均大于非稳定状态,源区方向与长度受风向风速的影响。③FFP模型和KM模型计算的源区面积间存在线性关系(S_(KM)=0.93S_(FFP)-1962.5,R^(2)=0.96),其中KM模型计算通量足迹值整体大于FFP模型。【结论】不同模型得到的源区不同,风向和风速是源区分布的主要影响因素,田块是试验区内湍流通量重要贡献的主要来源。

辽河三角洲芦苇湿地碳通量特征及空间代表性

基于2019—2020年辽河三角洲碳通量观测数据,分析了辽河三角洲芦苇湿地碳通量的时间变化特征,采用Kljun模型进一步分析了碳通量的空间代表性。结果表明:受短波辐射和气温的周期变化影响,2019年芦苇湿地对碳的净吸收周期为156 d,NEE峰值出现在7月中上旬,为-40.59μmol·m^(-2)s^(-1),固碳量显著高于2020年,达到0.561 kgC·m^(-2)。2020年的净吸收周期为131 d,NEE峰值出现在6月中旬,为-41.39μmol·m^(-2)·s^(-1),比2019年提前,生长季夜间呼吸作用较强,导致固碳量较低;碳通量在春季和夏季呈明显的U型日变化,秋冬季碳通量变化较平稳。2019年和2020年夏季的日平均最大值分别为-16.86μmol·m^(-2)·s^(-1)和-13.61μmol·m^(-2)·s^(-1),2020年最大值出现在11:00,比2019年提前;主导风向和不稳定层结状态90%最远距离贡献点的分布区域均在0°~90°和180°~270°方向。通量源区80%的上风平均距离最远为120 m,通量贡献峰值在距离通量塔10 m的位置。源区范围随着大气稳定度的增加也逐渐扩大,主风向70%的通量贡献范围内是芦苇植被;在源区范围内,芦苇提供了76.20%的碳通量信息,水体提供了17.82%的通量信息,通量观测数据在夏季白天属于代表性级别,全年属于可接受级别。研究有助于了解辽河三角洲湿地生态系统在碳循环和减排中的能力和作用。

西北内陆河流域典型生态系统通量数据空间代表性研究

涡度通量数据的空间代表性问题是影响其数据质量不确定性的重要原因。选取了我国西北地区具有代表性的四个通量观测站生长季数据,采用FSAM模型对各站点通量贡献源区范围以及通量贡献最大值点进行了计算,给出了在不稳定与稳定两种大气层结条件下各站点源区的主要分布范围（P=80%）：盈科站源区范围相对最小（90-200 m）;阿柔站源区范围约为（120-140 m）;关滩站源区范围约为（500-600 m）;敦煌站源区范围约为（140-280 m）。同时结合各站点仪器架设高度以及不同的下垫面生态环境等因素,对通量源区的变化进行了初步分析,仪器的架设高度直接影响涡度源区范围;不同的下垫面生态环境形成不同的近地面湍流状态进而对通量源区的分布产生间接影响。结果表明各站点观测的通量信息基本均来源于所感兴趣的研究区域。

基于闪烁仪观测低丘山地人工混交林通量印痕与源区分布

参考Meijninger提出的适用于大孔径闪烁仪(LAS)法的印痕模型,利用位于河南省济源市的华北低丘山地30年生栓皮栎—侧柏—刺槐人工林生态系统的主要生长季2009年5～9月通量等观测数据,计算、分析了该森林生态系统的通量印痕及源区分布。结果表明:①以90%通量贡献区面积为测算对象,不同风向条件下,在大气不稳定时,东南风向时源区面积最小,为1.1547 km2,西南风下最大,为1.5237 km2;在大气层结稳定时,西北风向时源区最小,为1.7271 km2,西南风向时最大,为3.5289 km2。并且在大气不稳定时的源区面积均小于稳定条件下的面积。其中,大气层结稳定时面积最小的西北风向时的源区面积比不稳定时面积最大的西南风向时的源区面积还要大11.8%。②以90%通量贡献区面积为测算对象,晴天条件下,由于湍流交换的逐渐加强,上午源区面积由8:00的1.1483 km2减小到11:00的0.4518 km2。中午之后,湍流交换逐渐减弱,大气趋向稳定层结,源区面积由14:00的0.4779 km2增加到17:00的0.7137 km2。通量源区面积的日变化趋势与大气稳定状况和湍流交换变化趋势大致一致。③以80%通量贡献区面积为测算对象,受大气状况、风向及下垫面性状的影响,各月通量源区各不相同。2009年5～9月期间,各月源区面积分别为1.834、1.680、2.043、1.671、1.380 km2。

黑河流域中上游水热通量足迹模型的对比分析

遥感技术是获取区域地表水热通量的重要手段,利用地面观测值对遥感估算水热通量进行验证时,存在空间尺度不匹配的问题,结合足迹分析可以较好地解决这一问题,为遥感蒸散发模型提供空间尺度匹配的验证数据。利用黑河流域上游阿柔超级站和中游大满超级站的涡动相关仪观测数据,对常用的3种水热通量足迹模型Kormann&Meixner(KM)模型、Kljun模型和Hsieh模型的输入参数进行了敏感性分析,并比较和分析了3个模型单时次和日尺度的足迹结果差异,为足迹模型的合理选用提供参考依据,以服务于数据质量判别和遥感模型的验证。结果表明:①奥布霍夫长度(L)是KM模型和Hsieh模型的敏感因子,L值变化时,Hsieh的足迹结果变化大于KM,而Kljun模型对L的敏感程度不高;观测高度(z_(m))和侧向风速标准差(σ_(v))也是3个模型的敏感因子。②单时次30 min尺度上,KM和Hsieh的通量贡献源区大小和形状吻合较好,但与Kljun足迹结果存在显著差异;Kljun的源区范围明显较小,上风向通量贡献峰值明显大于KM和Hsieh,且上风向通量贡献峰值的位置明显小于另外两个模型。③日尺度上,3种足迹模型的水热通量源区形状相似,Kljun模型的源区范围最小。实验结果为足迹模型的合理选用提供参考依据,以服务于碳、水热通量数据质量判别和遥感模型的验证。