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塔里木河下游柽柳灌丛的CO_2与水热通量研究

作　者: 马虹
导　师: 陈亚宁
学　校: 新疆农业大学
专　业: 生态学
关键词: 涡度相关柽柳碳通量水热通量能量平衡
分类号: S793.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

陆地生态系统的CO₂与水热通量研究，一直是全球气候变化研究的热点与难点问题，它对认识生态系统变化规律，预测全球区域性的气候变化趋势，评价生态系统的碳、水固定具有重要的科学意义。众多研究表明：运用测定CO₂与水热通量的主要方法（涡度相关法）可解决均匀下垫面假设下不同类型生态系统的通量计算问题，并对退化生态系统的恢复具有重要意义。近年来，荒漠河岸的生态平衡问题已受到了严重的威胁，为了更好的体现荒漠生态系统对全球区域性气候变化的响应和能量收支的重要性。本研究以新疆塔里木河下游英苏为研究靶区，运用开路式涡度相关系统对柽柳灌丛的CO₂与水热通量进行1个生长季的实验观测。结合同步气象观测资料，探讨了极端干旱区荒漠生态系统的小气候地表辐射特征；结果发现：研究区的小气候特征呈明显的日变化波动。柽柳灌丛下与丛间不同深度的土壤温度均表现为正弦曲线，土壤温度随深度的增加而减小且昼夜变化显著。大气中的水汽含量与空气浑浊程度均是造成光合有效辐射和净辐射减弱的主要因素；地表辐射四分量的日变化幅度较大，短波辐射与长波辐射出现峰值的时间不一致，地表吸收的能量大部分以长波辐射形式放出。短波辐射是净辐射变化的主导因素。柽柳灌丛下垫面的近地层CO₂与水热通量随着天气、月变化及昼夜交替而变化且存在着明显的差异。在能量分配方面，荒漠河岸柽柳灌丛获取的大部分能量被用于潜热交换，其次为感热交换，分别占净辐射的75.5%和8.4%，土壤热通量占净辐射的比例最小。在不同天气条件下，能量的分配转化和平衡程度均有差异。地表能量通量和能量分配特征呈明显的单峰型二次曲线。净辐射和潜热通量是柽柳灌丛生长季的主要能量收入项和支出项。能量平衡比率在各月交替和昼夜交替时变化显著。观测中发现有较大的能量不平衡差额，能量平衡残差出现系统性、正负交替的日循环规律。观测期柽柳灌丛存在明显的能量不闭合现象，有效能量小于湍流通量，闭合率为72.3%。白天的能量闭合率为81%，夜间为19%，与已有研究相比，该值属可接受范围。在典型天气背景下，晴天的能量闭合状况好于阴天、降雨及扬沙天气，白天好于夜间。能量平衡比率在日出前与日落后变化显著，且出现瞬时能量过闭合现象。受光合作用的影响，能量平衡闭合程度与碳通量的变化与不同天气下的温度和水分密切相关，碳通量低估可能是能量不闭合的一个重要原因。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 陆地生态系统 CO_2通量与水热通量的研究现状  8-10
  1.2 不同生态系统的水热通量研究进展  10-15
    1.2.1 森林生态系统 CO_2与水热通量研究  10-12
    1.2.2 草地生态系统 CO_2与水热通量研究  12-13
    1.2.3 农田生态系统 CO_2与水热通量研究  13-14
    1.2.4 荒漠生态系统 CO_2与水热通量研究  14-15
  1.3 涡度相关技术的发展现状  15-16
  1.4 本研究关注的问题  16-18
第2章研究内容与方法  18-23
  2.1 研究区概况  18
  2.2 观测系统介绍  18-20
    2.2.1 涡度相关观测系统  18-19
    2.2.2 小气候梯度观测系统  19-20
  2.3 研究的目的及意义  20-21
  2.4 研究内容与技术路线  21-23
第3章数据处理与方法  23-29
  3.1 数据处理  23-26
    3.1.1 摩擦风速的确定  23-24
    3.1.2 夜间 CO_2涡度相关通量数据处理  24-25
    3.1.3 通量数据的稳态测试  25-26
  3.2 数据插补  26
  3.3 涡度相关系统计算 CO_2与水热通量的方法  26-27
  3.4 能量闭合度检验方法  27-29
第4章塔里木河下游柽柳灌丛的小气候与辐射特征  29-36
  4.1 资料介绍  29-30
  4.2 柽柳灌丛的小气候特征  30-31
    4.2.1 柽柳灌丛生长季的气象要素特征  30
    4.2.2 常规气象因子观测  30-31
  4.3 地表辐射特征  31-35
    4.3.1 地表辐射通量的月变化特征  31-33
    4.3.2 地表辐射通量的日变化特征  33-35
  4.4 本章小结  35-36
第5章柽柳的能量平衡与 CO_2、水热通量特征  36-44
  5.1 柽柳生长季的能量平衡特征分析  36-38
    5.1.1 能量平衡各分量的变化特征  36-37
    5.1.2 EBR 与能量平衡残差分析  37-38
  5.2 能量闭合度分析  38-39
  5.3 典型天气下 CO_2与水热通量的日变化特征  39-41
    5.3.1 典型天气的能量通量的日变化规律  39-40
    5.3.2 典型天气下能量平衡比率与 CO_2通量的关系  40-41
  5.4 能量分配的日变化特征  41-42
  5.5 本章小结  42-44
第6章结论与展望  44-48
  6.1 主要结论  44-45
  6.2 展望  45-48
参考文献  48-54
致谢  54-55
作者简历  55

塔里木河下游柽柳灌丛的CO_2与水热通量研究

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