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目 录

引言: 1

1 研究地概况与数据处理 1

1.1 地点描述 1

1.2 通量观测和数据处理 2

1.3 CO₂通量的计算 2

1.4 NEE对光合有效辐射(PAR)模型介绍 3

2 结果与讨论 3

2.1 鼎湖山森林生态系统CO₂通量日变化特征 3

2.1.1 林冠上层CO₂通量日变化特征 3

2.1.2 林冠下层CO₂通量日变化特征 5

2.1.3 林冠上层与下层CO₂通量日变化对比 5

2.2 CO₂ 浓度对CO₂通量的影响 6

2.3 光和有效辐射PAR对冠层上方CO₂通量的影响 6

2.4 温度因子对冠层上方总呼吸R_eco的影响 8

3 结论 9

鼎湖山森林CO₂通量特征及影响因子研究

王宏宇

大气物理学院，,China

Abstract: In recent years, the concentration of carbondioxide has gradually increased, leading to global warming，affect human living environment. Using flux data until June to September in 2012 by eddy correlation observation of Dinghu station.  Analyze variation characteristics and influencing factors of CO₂ flux in the underlying surface of Dinghu forest, use observation data of fully turbulent conditions during the daytime, analyze daily variation of flux characteristics. Significant diurnal variation of canopy on two layers, CO₂ flux was affected by photosynthesis and respiration. Fitting the relationship between ecosystem respiration and atmospheric temperature and surface temperature index. The correlation coefficient R²lt;0.5, The influence of atmospheric temperature and surface temperature of the underlying surface on CO₂ flux is weak. Based on the empirical formula of the current study, the relationship between CO₂ flux and PAR in the daytime is fitted. Correlation coefficient R² reached 0.63, the daytime CO₂ flux was significantly affected by PAR.

Key words:eddy; correlation method; Dinghu mountain; CO₂ flux; temperature; photosynthetic active radiation

引言

随着工业革命的发展，人口数量不断增加，科技水平不断提高，大量科学研究表明，全球气候变暖的原因之一大气中温室气体浓度的升高，然而CO₂正是是主要的温室气体之一,其带来的负面影响引起了各国政府和科学家的广泛关注^[1-2]。约占26%陆地生态系统的最大的森林生态系统，主要利用其大量植被的光和作用，来固定大气中的CO₂储存在植物体和土壤内，森林生态系统储存的碳是大气中的三倍，森林生态系统成为最重要的碳库^[3-4]。主要在北半球森林生态系统与大气间的碳通量有较大的负通量,是吸收CO₂的一个重要的汇^[5]。

近年来涡度相关技术的理论不断试验完善和技术不断发展进步，逐渐成为了森林生态系统与大气间的碳通量直接测量的最主要方法^[6]。随着涡度相关通量观测法在全球范围内的广泛发展，美国和欧洲最早建立通量观测研究网络，目前共有160多个观测站，随后澳大利亚，韩国等也分别建立了独立的观测网，这些通量观测网站为森林生态系统与大气间的CO₂通量研究提供了大量的准确的实时数据^[7]。2002年我国正式成立了China Flux通量网站，是国际通量观测网络的重要组成部分，对研究我国陆地生态系统碳收支变化有重要作用，也为全球陆地生态系统的碳通量研究做出重要贡献，更是观测研究陆地生态系统对全球碳变化乃至气候变化具有重要影响和作用^[8]。我国对森林生态系统碳通量研究在地域上主要集中在温带^[9-11]，亚热带^[12-13]，热带^[14-15]观测研究了多种不同的森林类型，人工林也有引起关注，并且对于森林生长季和非生长季也有对比研究^[16]，这些研究为我们提供大量的研究基础和经验，也不断完善涡度相关观测方法，也在通量模型上不断发展进步，熟练应用科学研究中。

鼎湖山森林位于北回归线附近，有着与众不同的地理位置和气候条件，并且保有着典型的南亚热带常绿阔叶林，逐渐成为了在该纬度带独具特色和研究价值潜力的森林生态系统之一。鼎湖山森林对碳通量生态平衡有着巨大的调节作用，有较高的发展潜力，又处于气候敏感区^[17]，所以对其的研究具有重要价值。目前对鼎湖山森林CO₂通量的研究有对土壤地表碳通量方面^[18-21],自通量观测站建立以来逐渐出现对鼎湖山森林生态系统与大气间CO₂通量的研究^[22-23]。通过鼎湖山通量观测站对鼎湖山森林长期的监测，对分析CO₂通量与温度，光合有效辐射等主要因素的影响提供数据基础。本文根据较新的三个月数据(2012年7-9月)，分析鼎湖山森林生态系统与大气间CO₂通量日变化特征，月变化特征，以及受环境因子影响的重要因素，建立简单模型讨论探究，为研究该地区乃至全国森林固碳能力，全球碳循环，提供数据基础，技术储备。

1 数据与处理

1.1 地点描述

鼎湖山森林属于国家级自然保护区，位于广东省肇庆市鼎湖区，地理位置为北纬23°09′21″~ 23°11′30″,东经112°30′39″~112°33′41″,总面积为1155 hm²,属于低山丘陵,鸡笼山海拔1000.3 m是境内最高峰,山体坡度多在30°~45°之间。鼎湖山季节变化显著,水热和光照资源充足且同步，年平均气温为20.9 ℃,平均最高气温出现在7月为28.0 ℃,平均最低气温出现在1月为12.6 ℃,实时最高气温为38.0 ℃,实时最低气温为-0.2 ℃。每年平均有4 次霜冻,每次持续1~2天。年均降雨量大约为1956 mm。降水季节主要集中在4~9月,汛期降水量均超过200 mm。11月到1月相对降水量少,旱季降雨量不足100 mm。年平均蒸发量为1115 mm。年平均相对湿度达到80.3 %。

鼎湖山的通量观测站的通量观测塔安装在鼎湖山森林的核心区域针阔叶混交林内部(23°10′24″N, 112°32′10″),海拔高度为240 m,观测地平坦开阔，常年盛行东北风，鼎湖山森林以锥栗、荷木和马尾松为主,森林平均高度17米;群落结构可分成4层:乔木2层,灌木1层,草本1层，另外还有多种藤本和附生的层间植物。土壤是砂质壤土，有较强的酸性，pH值约为4,土层较厚约为30-60 cm, 地面枯枝落叶层盖度比例较高达到80%-90%, 厚度1-2cm, 表土。

1.2 通量观测和数据处理

将两层开路涡度相关系统(OPEC)通量观测仪器，安置在高38 m的观测塔上，代表采集林冠层顶与大气通量观测数据探头高为27 m，代表采集林冠下方与地表植被的通量观测数据探头为2 m。通量观测系统利用三维超声风温仪(CSAT3,Campbell Scientific,USA)采集三维风速数据，利用细线热电偶(FW05,CSI)采集温度脉动，利用开路的CO₂/H₂O分析仪采集CO₂或者水汽的脉动，仪器大多数通常使用美国(Li cor)公司制造的Li7000与Li7500CO₂/H₂O的分析仪，原始数据采集样本频率为10HZ，经过数据采集器自动储存原始数据，而且依照涡度相关法计算出30分钟的CO₂的通量(F_c)，显热通量(Hs)和潜热通量(LE)等相关计算量，并且可以自动在线进行空气密度脉动订正^[24]和虚温订正^[25],根据微气象学符号规定，F_c，H_s，LE正号表示向上的通量。

由于涡度相关法观测理论以及自身局限性，需要对得到的数据进行质量处理，对存在下面任意一条问题的30分钟数据进行剔除：1.存在降水；2.摩擦速度u*lt;0.2m/s,也就是湍流不够充分；3.通过参照ChinaFLUX给出的参考筛选标准，对于CO₂通量在-2.0~2.0mg·m^-2·s^-1范围内；4.有效的样本不足，即nlt;1500；5异常数据(某一时刻数据与其附近连续5点的平均值之差的绝对值要大于该5点的方差3倍)通过以上方法对所得的数据进行质量控制。

1.3 CO₂通量的计算

利用三维超声风温仪和开路式的CO₂/H₂O 分析仪采集的数据资料, 以30分钟的平均长度, 利用涡动相关法实时计算CO₂通量即F_c：

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