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目 录

摘要 1

Abstract 2

1 引言 3

1.1研究背景 3

1.2涡度相关系统 3

1.3国内外研究进展 4

2 资料与方法 5

2.1站点资料 5

2.2数据来源 5

2.3数据处理 5

2.4 计算方法 6

2.4.1 NB方法 6

2.4.2 DB方法 7

2.4.3 参数范围 7

3 结果与讨论 8

3.1逐月拟合 9

3.1.1 NB与DB方法的生态系统呼吸速率 10

3.1.2 NB与DB方法的总初级生产力 11

3.2 整体拟合 13

3.2.1 NB与DB方法的生态系统呼吸速率 14

3.2.2 NB与DB方法的总初级生产力 16

3.3 不同参数估计窗口对拟合结果的影响 18

3.3.1 NB方法 18

3.3.2 DB方法 18

4 结论与讨论 19

参考文献 19

致谢 23

长白山森林生态系统碳通量两种拆分方法差异分析

李佳佳

, China

Abstract: This study analyzed the eddy flux of carbon dioxide of a mixed forest in Changbai Mountain from May to September 2003 to study the differences between nighttime data-based (NB) and daytime data-based (DB) methods on the separation of net ecosystem exchange (NEE). The two methods were implemented over two time scales respectively, monthly and ensemble time. The study concluded as followings. (1) The monthly evolution of respiration rate (RE) and gross primary productivity (GPP) was similar by the two methods, peaking at the mid-growing season. The values of RE and GPP calculated by NB method were higher than those by DB method, while the NEE calculated by NB method was lower than that by DB method. (2) The difference of RE and GPP between the two methods had a diurnal cycle, and peaked synchronously with RE and GPP respectively. (3) The modeled results were influenced by time scales. The amplitude of diurnal and monthly evolution of NEE calculated with monthly data were greater than those with ensemble data.

Key Words: Eddy covariance; carbon flux; NB method; DB method; ecosystem productivity

引言

1.1研究背景

作为空气中的一种可变成分，CO₂在空气中的浓度已经由工业革命前的280ppm上升至2015年的400ppm，据预测，21世纪末，CO₂浓度将达到650—700ppm^[1,2]。在这200年间，CO₂浓度的迅速增加，已经对全球的气候都造成了一系列的影响，而其中最显著的影响就是全球气候变暖，继而导致全球海平面上升，极端天气现象出现等^[3,4]。

由于人们越来越意识到大气中二氧化碳浓度的上升及其对气候和植被的主要影响，碳平衡研究已成为一项重要的研究活动。目前, 可用于测定CO₂ 、CH₄ 和N₂O 等温室气体通量的方法主要包括箱法、微气象学法、超大箱长光程红外色谱法以及同位素法^[5]。其中最常用的是微气象学法和箱法。箱法又分为静态箱法和动态箱法, 静态箱法是应用最为普遍的方法之一^[6]，可分为涡度相关法、通量梯度法、鲍文比法、质量平衡法^[7]。目前，涡度相关法已成对生态系统碳通量从小时到年际进行采样的主要方法^[8,9,10]，现在是大陆碳平衡组分自下而上估计的支柱方法^[11,12]。此外，涡度相关数据越来越多地用于生态系统模型的校准和验证^[13,14,15]。

1.2涡度相关系统

涡度相关技术是一种非破坏性的微气象通量测量技术^[16]。涡度相关是指某种物质的垂直通量，即这种物质的浓度与其垂直速度的协方差。涡度相关法提供了一种直接测定植被与大气之间CO₂、水、热通量的方法^[17]，可以直接测量生态系统长期或短期的环境变量，从而使我们定量理解生态系统中物质的交换过程，从而更加深入的了解气候变化对生态系统所造成的影响。除此之外，涡度相关法也为土壤—植被—大气系统之间的物质、能量交换提供了一种直接验证手段^[18]，我们可以通过涡度相关系统测量的某地的碳通量来推算该地的总初级生产力和生态系统呼吸。

随着涡度相关通量观测研究在全球范围内进一步发展，通量观测站点的个数逐步增加，一个覆盖全球陆地生态系统的国际通量观测研究网络渐渐形成。在所有通量观测站点中，研究森林生态系统碳平衡的占据了73%^[1]，因此可以看出森林是研究碳通量最为重要的区域，也是陆地生态系统碳循环的主要组成部分之一^[19,20]。

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