亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展
关于《全球碳循环研究中“碳失汇”研究进展》读后总结
对《全球碳循环研究中“碳失汇”研究进展》读后总结张光凤2011020909文章关键词：碳循环；碳失汇；森林生态系统；海洋；岩石圈文章研究的意义：“碳失汇”是生态系统碳循环的定量化研究的重要方面，是碳循环研究中的黑箱问题，对其的研究将有助于进一步揭示当今人类面临的许多重大生态环境问题，如全球气候变化机理，气候变化对人类生存环境的可能影响等。
文章主要内容：目前，“碳失汇”成为全球碳循环研究的主要问题之一。
由于“碳失汇”的存在地点不明以及测定的方法不确定，形成碳循环研究中的黑箱问题。
文章对全球的各个碳汇源进行了总结，当前“碳失汇”的研究均以大气作为参考，任何使CO2浓度增加的库定义为源,相反则为汇。
碳循环中，按质量守恒原则化石燃料燃烧以及土地利用变化等导致的碳净排放，除了被海洋吸收的部分外，其他部分都排放到大气中，形成大气碳库的净增加值。
但是人们发现化石燃料燃烧和土地利用变化等导致的碳排放值和要比大气碳库的净增加值和海洋吸收的碳之和大，大气中一部分碳“失踪”，也就是我们所说的“碳失汇”，也叫“未知碳汇”。
由此得出全球碳平衡的公式为：碳源（化石燃料+土地利用等）=碳汇（大气增加+海洋+“未知碳汇”）关于“碳失汇”形成的原因最合理的解释在陆地生态系统中。
由于北半球陆地面积大，矿物燃料所占比例大而大气中CO2 的年平均体积分数接近或低于南半球，这种差异随着矿物质燃烧和二氧化碳排放量的增加而增加，因此说明北半球一定存在一个与北半球陆地有关系未知的碳汇。
最近的研究表明,“碳失汇”产生的主要原因是北方陆地森林生态系统对碳的固定、海洋对碳的吸收、岩石圈中CaCO3-H2O-CO2系统(岩溶动力系统)对碳的吸收,以及陆地上碳库的转移。
近几年，寻找“碳失汇”的研究的方法主要是样点测定并外推估算和模型估计两种方法。
而对碳汇研究的主要问题主要包括碳通量的研究、陆地生态系统碳存储量以及对二氧化碳升高的响应、“碳失汇”模型的完善和全球现代地理信息和遥感技术的应用等方面。
973计划：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究
项目编号：2002CB412500项目名称：中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究起止年月：2002年12月-2007年8月项目首席科学家：刘纪远中国科学院地理科学与资源研究所项目依托部门：中国科学院经费预算：2000万元一、主要研究内容项目以中国科学院重大项目为基础，以国家科学创新为主导，以环境外交谈判战略需求为总目标，瞄准陆地生态系统碳汇/源的时空格局、碳循环的调控和驱动机制及未来情景3大前沿性科学问题，采用陆地生态系统碳通量/储量与碳循环过程的综合观测、生物过程适应性实验研究以及典型河流碳通量及碳输运过程研究为支撑系统的自下而上途径，与以土地利用/土地覆被变化和遥感数据库为基础的自上而下研究途径的有机结合的研究思路。
综合研究中国陆地生态系统碳循环的自然调控机理、人为因素驱动机制、生物过程对环境变化的适应机制以及碳汇/源时空格局形成的生物地理学机制；综合评价中国陆地碳汇/源的时空格局及其历史演变过程和未来情景；分析评估中国陆地生态系统的增汇潜力、碳库间循环周期、生态系统管理的增汇效果和成本效益、重大林业工程的固碳效应以及河流碳输运在陆地碳循环中的作用；跟踪国际谈判焦点问题，探讨碳汇项目的计量方法学、中国农林业活动碳吸收汇的潜力及其增汇技术的可行性。
建成初具规模的中国陆地生态系统碳循环综合研究的科学平台，发展基于地学空间信息的现代地球系统科学方法论，为中国社会经济的可持续发展和生态系统管理以及参与环境外交活动和履约提供科学依据和技术支撑。
二、预期目标1.建立一个初具规模的中国陆地生态系统碳通量/储量和循环过程的综合观测网络(ChinaFlux)，揭示中国陆地生态系统碳通量和储量的生物地理规律，构建中国陆地生态系统碳循环研究的数据信息系统。
2.初步阐明中国主要类型陆地生态系统(森林、农田、草地和湿地)碳循环过程的生物物理机理，确定驱动碳循环的关键控制因子，揭示全球气候变化对陆地生态系统碳循环的影响及生态适应机制；构建我国陆地生态系统碳循环动力学模型和遥感反演模型，实现两种模型的综合集成。
“全球不同区域陆地生态系统碳源汇演变驱动机制与优化计算研究”项目
“全球不同区域陆地生态系统碳源汇演变驱动机制与优化计算研究”项目工作进展自2010年10月本项目正式启动以来，项目各课题组按照任务计划书规定的研究内容和时间进度开展了紧张而有序的研究工作，并取得了一定的科研成果。
现就项目第一和第三课题组的研究进展情况总结如下。
第一课题：全球碳敏感植被参数遥感反演研究(1) 完成了全球1981年6月-2006年12月的GIMMS NDVI数据集和全球2000年2月-2009年12月的MODIS地表反射率数据MOD09A1以及全球2001年MODIS地表覆盖数据MCD12Q1的资料收集。
A VHRR数据集时间分辨率为半月，空间分辨率为8km，经纬度投影，数据量约为23.5GB；MODIS数据时间分辨率为8天，空间分辨率为500m，正弦投影，数据量达7.3 TB。
(2)基于MODIS数据和A VHRR数据进行了叶面积指数的反演。
利用Deng et al. (2006)年的全球LAI反演算法，基于MODIS地表反射率MOD09A1和地表覆盖数据，完成了全球2000 -2009年LAI反演。
(3) 利用2000-2006年MODIS及A VHRR的重叠观测数据，建立像元级别的MODIS LAI-A VHRR SR的关系背景库，在此基础上，以GIMMS NDVI数据为输入了实现1981-2006年A VHRR LAI反演。
对A VHRR与MODIS数据一致性进行检验发现，MODIS和A VHRR具有不同的光谱特征，两数据集NDVI的分布差异明显，但转换为LAI后，两数据集具有很好的一致性。
第三课题：全球陆地生态系统碳源汇多源数据与模型同化研究(1) 完成了MOZART4模式和BEPS生态系统模型在北京师范大学计算服务器上的调试工作；(2)在资料同化膨胀算法的研究方面取得了一定的成果，并已经发表论文一篇；(3) 探讨研究比较了不同碳追踪优化算法优劣的途径，为建立高精度陆气同化碳追踪优化模式制定了衡量标准；(4) 结合课题研究需求，制定计算服务器、磁盘阵列及相应软件平台的配置方案；(5) 与加拿大多伦多大学地理系统科学系的邓峰博士进行了学术交流，深入了解他们反演大气碳通量方法的原理。
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【摘要】涡度相关技术是测定大气与陆地生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法,可用于研究土壤、植被与大气间的CO2交换及其调控机制.收集了11个影响净碳交换量的主要变量信息,包括气象因素、土壤因素和地形因素的非生物因子、实际植被状态以及植被生产力,采用多元地理变量空间聚类分析方法,绘制出不同聚类数(25、50、75、85、100、150和200类)的通量生态区.结合中国现有通量观测站点的空间分布格局,与新生成的通量生态区和已有的自然地理区划进行对比分析,发现由于中国地形复杂,生态系统类型多样,现有85个涡度相关通量观测站点仅能刻画部分中国生态系统类型的净碳交换量时空特征,通量生态区划分为100-150类比较合适.考虑到涡度相关通量观测运行成本,通量站点可增加至150个,从而使得优化后的通量观测网络能够代表中国主要类型的生态系统,并且有利于通量观测数据与遥感资料的有效结合,提高碳水通量观测从站点扩展到区域尺度的精度,从而更好地检验过程机理模型的模拟结果.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)024【总页数】14页(P7715-7728)【关键词】涡度相关通量;生态区;多元地理变量;空间聚类【作者】王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院大学,北京100049;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101【正文语种】中文涡度相关技术是测定大气与生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法，所提供的数据越来越多地被用作区域性和全球性陆地生态系统和大气间CO2、水、能量交换的分析依据［1］。
陆地生态系统通量观测的原理与方法
陆地生态系统通量观测是指对陆地生态系统进行实时或近实时的监测，以获取其能量、物质和信息的流动情况。
这些流动情况可以帮助我们了解陆地生态系统的运作机制，为环境管理、生态系统模拟和模型建立提供数据支持。
通量观测的原理基于物理和化学定律，比如气体定律、热力学第一定律和热力学第二定律。
通量观测的方法通常包括测量气体浓度、温度、湿度、风速和风向等参数，以及利用生物标志物（如树干呼吸、土壤呼吸、植物光合作用等）来估算生态系统的能量和物质流动。
还可以使用传感器、监测站和遥感技术进行通量观测。
举个例子，对于森林生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量森林中二氧化碳的浓度，从而估算森林的碳汇能力。
还可以利用森林的树干呼吸（即树干对大气中二氧化碳进行吸收和释放的过程）来估算森林的碳汇能力。
还可以使用遥感技术对森林的生长情况进行监测，如利用卫星遥感数据来估算森林的蓄积量、森林覆盖度和叶面积指数（LAI）等。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算森林的能量和物质流动情况。
对于草地生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量草地中的氧气和二氧化碳浓度，从而估算草地的碳汇能力。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算草地的能量和物质流动情况。
通量观测也可以应用于其他陆地生态系统，如农田、城市和沙漠等。
不同的生态系统可能需要使用不同的观测方法和技术，但基本原理是相通的。
亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展
七、结论
总的来说，亚洲区域的陆地生态系统碳通量观测研究在设备研发、观测技术 改进以及典型生态系统的CO2通量特征和环境控制机理等方面取得了一些重要进 展。然而，仍面临一些科学问题需要解决。未来，需要进一步加强新技术的研究 和应用，深入探索气候变化和人类活动对生态系统碳循环的影响机制，并积极参 与国际合作，共同推动亚洲地区的陆地生态系统碳通量观测研究的发展。
亚洲区域陆地生态系统碳通量 观测研究进展
目录
01 一、引言
三、典型生态系统
03 CO2通量特征及环境 控制机理
二、通量观测设备的
02 研发与观测技术的改 进
04
四、生态系统碳循环 模型模拟
目录
05 五、面临的科学问题 与解决途径
07 七、结论
06
六、新洲地区拥有丰富的生态环境和独特的生态系统，包括森林、草原、沙漠和 湿地等。这些生态系统在全球碳循环中起着重要的作用，它们不仅吸收大量的二 氧化碳（CO2），还通过呼吸作用释放出大量的碳。因此，对亚洲区域陆地生态 系统碳通量的观测和研究，对于理解全球碳循环过程，预测气候变化趋势，以及 制定相应的环境政策具有重大意义。
针对这些问题，解决途径主要包括：一是加强新技术的研究和应用，如无人 机观测和卫星遥感等，以提高数据采集的效率和精度；二是深入研究气候变化和 人类活动对生态系统碳循环的影响机制，为制定相应的环境政策提供科学依据； 三是加强国际合作，通过共享数据和资源，共同解决面临的科学问题。
六、新的区域合作机会
亚洲地区的陆地生态系统碳通量观测研究不仅需要本地区的科学家们的努力， 也需要国际社会的支持和合作。例如，可以通过参与国际研究项目，如 "FLUXNET"等，来提高亚洲地区的研究水平和技术能力。同时，也可以通过举办 国际会议和研讨会等方式，加强学术交流和合作。
中国陆地和近海生态系统碳收支研究中国陆地生态系统碳循环及其驱
简 报简 报 第27期简 报 第6期 联合项目办公室编 2003年12月15日 “亚洲通量观测研究国际研讨会”在北京召开 在中国科学院知识创新工程重大项目和国家重点基础研究发展规划项目的支持下，中国通量观测网（ChinaFLUX）已建成并投入运行1年多，目前8个通量站运行状况良好，并已获得了大量连续性的水、热和碳通量观测数据，实现了阶段性的研究目标。
为促进亚洲地区通量观测网与国际通量观测网之间的相互交流与合作，2003年12月1-3日中国科学院和中国生态系统研究网络(CERN)、中国科学院地理科学与资源研究所、中国通量观测网（ChinaFLUX）和亚洲通量观测网（AsiaFlux）在北京联合主办了“亚洲通量观测研究国际研讨会”。
来自中国、日本、韩国、美国、加拿大、澳大利亚和芬兰7个国家的气象、环境、生态和地理等领域180多位专家参加了会议，其中国外来宾55人。
大会由中国科学院资源环境科学与技术局副局长、中国IGBP委员会副秘书长陈泮勤研究员和中国科学院生态系统研究网络综合研究中心主任、ChinaFLUX负责人于贵瑞研究员主持，中国科学院资源与环境科学技术局傅伯杰局长、中国科学院地理科学与资源研究所刘纪远所长、国家中国陆地和近海生态中科院知识创新工程重大项目系统碳收支研究 国家重点基础研究发展规划项目 中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究简报自然科学基金委员会生命科学部于振良处长、中国科学院地理科学与资源研究所李秀彬副所长等出席。
会议主要来宾包括：日本国立产业技术研究所副部长及亚洲通量观测网主席Yamamoto Susumu教授；日本国立环境研究所地球环境部长及亚洲通量观测秘书长Gen Inoue教授,日本大阪大学农业和生物学系通量观测专家Monji Nobutaka教授；国际通量观测网络秘书、美国橡树岭国家实验室Lianhong Gu教授；韩国通量观测网主席、韩国Yonsei大学Joon Kim教授；田纳西大学地球和行星科学系教授John F. McCarthy（USA）；日本国立环境研究所环境部长Masataka Watanabe；美国Campbell公司副总裁、微气象通量观测设备专家Bertrand D. Tanner；北京大学地球物理系陈家宜教授；中国科学院知识创新工程重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支研究”首席科学家黄耀研究员。
陆地生态系统碳汇估算与碳交易：方法与进展
地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第810期第16期2023年8月陆地生态系统碳汇估算与碳交易：方法与进展杨选琴马明英（安顺学院经济与管理学院，贵州安顺561000）摘要：【目的】通过分析国内外相关研究，为中国陆地生态系统碳汇估算及其经济价值实现提供可行性参考。
【方法】从陆地生态系统碳汇估算研究视角、碳汇估算方法及碳汇量、国内外碳交易发展现状三个方面梳理和评价研究进展。
【结果】研究视角不同碳汇估算方法存在差异；目前研究没有直接估算不同陆地生态系统碳汇的方法，碳汇估算与碳交易两个问题的研究是分离的。
【结论】我国碳交易市场发展不成熟，交易方法有待完善，未来应从多研究视角完善陆地生态系统碳汇库。
关键词：陆地生态系统；碳汇估算；碳交易中图分类号：F326.2文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）16-0097-05DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.16.020Estimation of Terrestrial Ecosystem Carbon Sink and Carbon Trading ：Methods and ProgressYANG Xuanqin MA Mingying(Anshun University,School of Economics and Management,Anshun 561000,China)Abstract:[Purposes ]By analyzing relevant studies at home and abroad,this paper aims to provide feasi⁃bility reference for the estimation of carbon sink and the realization of economic value of terrestrial eco⁃systems in China.[Methods ]The research progress was reviewed and evaluated from three aspects :the perspective of terrestrial ecosystem carbon sink estimation,carbon sink estimation methods and carbon sinks,and the development status of carbon trading at home and abroad.[Findings ]There were differ⁃ences in different carbon sink estimation methods from different research perspectives.At present,there is no direct method to estimate the carbon sink of different terrestrial ecosystems,and the research on carbon sink estimation and carbon trading is separated.[Conclusions ]The research shows that the devel⁃opment of China's carbon trading market is not mature,and the trading methods need to be improved.In the future,we should improve the terrestrial ecosystem carbon sink pool from multiple research perspec⁃tives.Keywords:terrestrial ecosystem;carbon sink estimation;carbon trading0引言陆地生态系统固碳减排是平抑气候变化波动的重要活动。
生态学的发展趋势及研究热点
生态学的发展趋势及研究热点19世纪以来，随着世界人口剧增、人类对自然资源及环境的不合理开发和利用、对生态系统的不断干扰和破坏，全球生态环境发生急剧变化，出现全球变暖、海平面上升、大气和水体污染、生物入侵、生物多样性消失、荒漠化加剧、生态系统退化、水资源短缺等一系列全球性生态与环境问题和生态灾难。
生态学是研究生物与环境之间相互关系和作用的科学，可促进人类更好地认识、管理、恢复、创建生态系统，能够也应该成为未来人类与自然生态系统共存的理论依据和行动指南。
近年来，生态学在生态系统与全球变化、生态系统服务功能评估、生物入侵与生物灾害控制、生态恢复与恢复生态学、生物多样性与保护生物学、人类生态与生态健康等前沿领域取得了一定进展。
目前，生态学更加注重强化科学发现与机理认识，强调多过程、多尺度、多学科综合研究，关注系统模拟与科学预测，重视服务社会需求。
从发展趋势看，全球变化生态学、生态系统服务功能、极端生境生态学与退化生态系统恢复重建、生物多样性保护、生物入侵机制与控制、生物地球化学循环、水资源管理生态学、传染病生态和进化、生态文明建设与可持续发展生态学等将成为生态学重点关注的问题和领域。
1）生态系统与全球变化研究。
生态系统和全球变化科学主要是从生态系统的物质循环与能量平衡角度，研究地圈-生物圈-大气圈的相互作用关系，探讨全球变化的成因与控制机制，揭示生态系统空间格局和时间动态的变化规律，预测未来的发展趋势及生态系统对全球变化的响应与反馈。
近年国际生态学界在陆地生态系统碳/氮/水通量的联网观测及其过程控制、陆地生态系统碳/氮循环过程对气候变化响应野外控制试验、陆地生态系统碳/氮循环模拟模型研究、陆地生态系统对全球变化的响应和适应的样带研究、生态系统及区域碳储量和碳收支的综合计量评价等方面取得了一定进展。
当前更加关注全球/大陆和流域尺度的复杂生态系统动态过程、区域生态系统内部各亚系统间的耦合关系、各种生态环境问题间的相互作用关系等问题，其中生态系统碳循环与全球变化、生态系统水循环与水资源、全球变化与生物多样性是最为重要的三大优先研究领域。
简述陆地生态系统碳循环观测方法
简述陆地生态系统碳循环观测方法孙晓波;王殿波;栾奎志【摘要】介绍了7种碳循环通量观测研究方法,并简要评述了其未来发展趋势.【期刊名称】《林业勘查设计》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】2页(P41-42)【关键词】碳循环;碳通量;涡度;碳同位素;区域景观尺度【作者】孙晓波;王殿波;栾奎志【作者单位】黑龙江省黑河市林业局干岔子林场;黑龙江省林业监测规划院;黑龙江省林业监测规划院【正文语种】中文1 生物量和土壤碳贮量清单法清单法是最传统的方法，主要以森林生物量数据为基础。
生物量清单法的优点是直接、明确、技术简单，能够用于长时期、大面积的森林碳储量监测。
通过在不同的陆地生态系统地区选取典型的样点或代表点，对不同时间生态系统的生物量和土壤碳储量进行调查，经尺度转换换算为碳储量，以清单的方法来研究不同类型陆地生态系统不同时期的碳过程。
但是这种方法并不能将年际间气候变化和大气中CO2浓度增加等各自对净碳储量的影响作用区分开来，且往往需要大量的资金与人力投入。
生物量清单方法的另外一个缺点是其不完整性。
另外，生物量清单方法忽略了森林生态系统内土壤微生物对有机碳分解而形成的碳源对森林生态系统碳汇的影响。
因此，除进行森林群落乔木层的生物量估测外，对不同植被类型中灌木层、草本层、凋落物层、地下生物量的碳动态应进行分别研究。
应用森林资源清查资料进行碳循环研究，必须充分考虑植被生物量地下部分和土壤微生物的影响，这样才能精确计算森林碳储量及其动态变化。
2 应用大型环境控制设施进行CO2浓度升高的试验研究20世纪90年代以后开始应用大型试验环境控制设施，最著名的有开顶式生长箱(OTC)和自由CO2浓度升高试验 (Free－Air CO2Enrichment，FACE)等，把碳循环试验研究对象扩展到大型生物群落 (如森林)和整个生态系统。
这类方法的显著优点是能够在自然状态下模拟CO2浓度和温度升高对个体乃至生态系统的影响及其响应，对未来气候变化下生态系统的变化作出相应的预测，为降低全球变化对生态系统的影响提供依据。
中国陆地生态系统通量观测研究网络简介
中国陆地生态系统通量观测研究网络简介中国陆地生态系统通量观测研究网络（ChinaFLUX）是以中国科学院生态系统研究网络为依托，以微气象学的涡度相关技术和箱式/气相色谱法为主要技术手段，对中国典型陆地生态系统与大气间CO2、水汽、能量通量的日、季节、年际变化进行长期观测研究的网。
ChinaFLUX在中国科学院知识创新项目"中国陆地及近海生态系统碳收支研究"（KZCX1-SW-01）以及国家重点基础研究发展规划项目（973项目）"中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究"（2002CB412500）的支持下于2002年建成，拥有8个微气象和16个箱式/气相色谱法观测站。
在中国科学院知识创新工程重要方向项目"中国陆地生态系统碳通量特征及其环境控制作用研究"的支持下，有超过22个森林、草地、农田站结合野外植被、土壤生理生态学实验对碳、水及能量通量进行观测。
截止目前，ChinaFLUX的观测研究站点（网）已达79个（观测塔83座），其中包括18个农田站、19个草地站、23个森林站、15个湿地站、2个荒漠站、1个城市站和1个水域站（网）。
设计理念与科学布局:率先提出通量观测网络与全球变化陆地样带整合的设计理念，优化ChinaFLUX观测站的空间布局，带动中国生态系统研究走向国际前沿。
依据欧亚大陆森林和草地的地理分布特征、结合中国区域气候带区划成果，在中国区域原有的东北样带（NECT）和东部南北样带（NSTEC）基础上，提出了中国草地样带（CGT）、欧亚大陆东缘森林样带（EACEFT）和欧亚大陆草地样带（EACGT）的新概念，构造了亚洲区域全球变化科学研究的样带体系 (Yu et al., 2006; 于贵瑞和孙晓敏，2006)。
提出了将欧亚大陆陆地样带研究与观测站空间布局进行整合的中国通量网络（ChinaFLUX）设计理念，形成了亚洲区域陆地生态系统碳计划（CarbonEastAsia）国际合作的基础平台，填补了亚洲季风区观测研究的空白，增强了ChinaFLUX区域代表性，提高了ChinaFLUX在FLUXNET中的地位和作用。
中国通量观测网络(ChinaFlux
中科院知识创新工程重大项目中国陆地和近海生态系统碳收支研究简报项目办公室编 第9期 2002年09月10日中国通量观测网络（ChinaFlux）正式启动自中国陆地和近海生态系统碳收支研究项目立项以来，碳通量微气象观测课题组的全体成员经过共同努力，已完成了仪器的采购、观测人员的技术培训、数据的采集分析及预处理工作。
到目前为止，长白山和千烟洲两站的碳通量观测设备已全部安装调试完毕，并且获得了中国陆地生态系统碳通量长期观测的第一批资料，标志着中国通量观测网络（ChinaFlux）正式启动。
现将近一时期的工作进展情况介绍如下：1．碳通量微气象观测仪器安装调试各实验台站的碳通量微气象观测仪器设备订购计划于2002年5月中旬完成。
所有仪器设备分两批发货，第一批碳通量涡度相关开路系统和常规气象系统设备已于7月15日全部安全运抵六个试验站，即长白山站、海北站、禹城站、鼎湖山站、千烟洲站、西双版纳站。
8月9日，第二批碳通量涡度相关闭路观测设备也运抵综合中心，并已发往各个安装台站，现已全部安全到达。
同时，从7月15日至8月12日，由我所水分分中心主任孙晓敏研究员带队，由美国Campbell公司在华代理Tempro公司的工程师以及其他相关人员组成的安装队伍分别前往长白山站和千烟洲站，完成了两站常规气象观测系统和涡度相关开路系统的安装调试工作。
8月15日，在美国Campbell公司副总裁Bertrand Tanner带领下，五位美国工程师抵达北京。
8月16日－8月24日期间，五位美国工程师及其在华代理Tempro公司的五位工程师完成了长白山站碳通量观测闭路系统设备的安装调试工作，并对其他仪器的安装情况进行了验收。
其他台站的有关观测人员也到现场观摩了整个安装调试过程，获得了对各仪器安装使用的初步认识。
全部人员于8月24日返回北京。
8月25日，美国Campbell公司的工程师分成两个工作小组，其中一组与我所孙晓敏研究员、Tempro公司工程师及其他相关人员一起组成安装队伍于当日前往第二个台站（千烟洲站）进行闭路系统设备的安装工作，至8月29日千烟洲站碳通量观测设备的安装调试工作全部完成，安装小组于8月30日全部返回北京。
中国陆地生态系统通量观测研究网络(China FLUX)的建设和发展
观测获取了中国典型的森林 、草地 、湿
地 、农 田和湖泊等十几种不同陆地生态
域 的 生态 系统类 型 和 区域的代表性 ， 并继续 成部分 ，并带动了中国区域通量观测事 业 的蓬 勃发 展。 自 ２ ０ ０ ２年始 建至 今 ，
Ｃ ｉａ Ｌ ｈｎＦ ＵＸ先后组织了 ５ 次通量观测技
系统的 Ｃ ， Ｈ 等温室气体交换的长 Ｏ 、Ｃ
顾了生态系统类型的完整性和区域代表
性 ，以
及 研
究 工
支 和区域 碳平衡 பைடு நூலகம்供 了重要 的基础数 据。 Ｃ ｉａ Ｌ ｈｎ Ｆ ＵＸ的建立和发展引起了
国际通量界的广泛关注 ，成为国际通量
多科研机构和大学院校也相继建立了一 批通量观测站 ， 极大地增强了中国通量 观测研究的力度。 ０ ５ １ 月３ ２ ０ 年 １ Ｏ日， 由
理 、历 史变化过程 、未来 变化趋势 以及
合理的人类调控 管理措施 ，不仅是全球
。
而分别于 １９ ９ ２年和 １９ 年 出台的 ９７
《联 国 气 候 变 化 框 架 公 约 》 合
依托 ，在中国科学院知识创新工程 重大 计划 “ 中国陆地和近 海生态系统碳 收支
（Ｎ Ｃ Ｃ Ｕ Ｆ Ｃ ）和 《 京都议定书）则是国 ） 际社会为保护全球气候资源及保障人类
生态系统碳水通量模型模拟等方面取得 了一系列重要进 展。通过近 ４年的连续
架进行 了热烈地 讨论 ， 并初步形成共识 。
今后 的发 展 中 ，
Ｃ ｉａ Ｌ ｈｎ Ｆ ＵＸ将在地球 系统 科学 框 架的 指导 下， 合理布局和增加观
测 站 点的 数 量 ，提高
Ｃ ｉａ ＬＵＸ在中国区 ｈｎ Ｆ
区域尺度生态系统碳水通量监测研究无人机观测系统[发明专利]
![区域尺度生态系统碳水通量监测研究无人机观测系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/fe97be013868011ca300a6c30c2259010202f38b.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010669762.6(22)申请日 2020.07.13(71)申请人 中国环境科学研究院地址 100010 北京市朝阳区洼里乡大羊坊8号(72)发明人 苏德 孙义博 全占军 包扬 杨巍 赵艳华 (74)专利代理机构 北京市盛峰律师事务所11337代理人 席小东(51)Int.Cl.G01N 33/00(2006.01)G01D 21/02(2006.01)G05D 1/10(2006.01)G01C 21/16(2006.01)G01S 19/47(2010.01)B64C 39/02(2006.01)B64D 43/00(2006.01)B64D 47/00(2006.01)(54)发明名称区域尺度生态系统碳水通量监测研究无人机观测系统(57)摘要本发明提供一种区域尺度生态系统碳水通量监测研究无人机观测系统，包括：固定翼无人机、科学观测部分和地面控制监控站；科学观测部分包括多孔湍流探头、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱、GPS/INS组合定位定姿系统、机载控制计算机和供电电池；科学观测部分均安装于固定翼无人机的平台上面。
本发明能够满足绝大部分生态系统观测任务需求，能够对区域性生态系统潜热通量、二氧化碳通量交换量进行直接观测，具有观测成本低、可拓展性强、观测灵活便携等优点，适用于对大范围空间区域的生态系统功能及现状调查、生态过程研究、生态环境保护等多个方面，为生态环境研究和保护提供重要的数据支撑。
权利要求书2页 说明书5页 附图4页CN 111781308 A 2020.10.16C N 111781308A1.一种区域尺度生态系统碳水通量监测研究无人机观测系统，其特征在于，包括：固定翼无人机、科学观测部分和地面控制监控站；其中，所述科学观测部分包括多孔湍流探头、开路式水汽及二氧化碳气体分析仪、气体分析仪电子机箱、GPS/INS组合定位定姿系统、机载控制计算机和供电电池；所述科学观测部分均安装于所述固定翼无人机的平台上面；所述多孔湍流探头和所述GPS/INS组合定位定姿系统分别与所述机载控制计算机直接连接；所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪通过所述气体分析仪电子机箱与所述机载控制计算机连接；所述机载控制计算机接收所述多孔湍流探头、所述GPS/INS组合定位定姿系统和所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪采集到的监测数据，对所述监测数据进行数据处理，完成模拟/数字信号转换，得到处理后的监测数据，并将所述处理后的监测数据传输给所述地面控制监控站；同时，所述机载控制计算机保存所述处理后的监测数据；所述供电电池与所述机载控制计算机连接，向所述机载控制计算机供电；所述机载控制计算机再将电力分配给与所述多孔湍流探头、所述气体分析仪电子机箱和所述GPS/INS 组合定位定姿系统；所述气体分析仪电子机箱再向所述开路式水汽及二氧化碳气体分析仪分配电力；所述固定翼无人机包括无人机自动驾驶仪和数传电台；通过所述无人机自动驾驶仪，控制所述固定翼无人机按照预先设计的飞行航线、飞行速度、飞行高程进行飞行，并将无人机飞行状态数据通过数传电台发送给所述地面控制监控站。
陆地生态系统CO2通量及其碳稳定同位素的研究
陆地生态系统CO2通量及其碳稳定同位素的研究陆地生态系统CO2通量及其碳稳定同位素的研究摘要：陆地生态系统在地球碳循环中起着重要的作用。
CO2通量是描述陆地生态系统与大气之间碳交换的重要指标，而碳稳定同位素则可以提供有关陆地生态系统CO2通量变化的信息。
本文综述了近年来关于陆地生态系统CO2通量及其碳稳定同位素的研究进展，旨在加深人们对陆地生态系统碳循环的认识。
关键词：陆地生态系统，CO2通量，碳稳定同位素，碳循环1. 引言陆地生态系统包括森林、草地、湿地等不同类型的生态系统，是地球上最重要的碳库之一。
随着全球气候变化的不断加剧，了解陆地生态系统与大气之间的碳交换过程对于预测和应对气候变化至关重要。
其中，CO2通量是描述陆地生态系统与大气之间碳交换的重要指标，而碳稳定同位素可以提供有关陆地生态系统CO2通量变化的信息。
2. 陆地生态系统CO2通量陆地生态系统的CO2通量包括净生态系统碳交换（NEE）和呼吸作用。
NEE是指生态系统单位面积的净碳交换量，可以用来评估生态系统的碳收支情况。
呼吸作用是生态系统中动植物产生的CO2释放到大气中的过程。
2.1 NEE的测量方法目前，常用的测量NEE的方法有通量塔测量法和便携式CO2测量仪测量法。
通量塔测量法是建立在质量平衡原理上的，通过测量生态系统顶部和底部的CO2浓度差，计算出NEE。
便携式CO2测量仪测量法则是通过在不同地点进行CO2浓度的直接测量，再根据能量平衡原理计算NEE。
2.2 呼吸作用的测量方法呼吸作用的测量方法包括植物诱导呼吸（DIR）和土壤呼吸。
DIR是通过激发植物的呼吸作用，进而测量呼吸速率。
土壤呼吸是指土壤中活跃的微生物呼吸产生的CO2释放到大气中的过程。
3. 碳稳定同位素在陆地生态系统CO2通量研究中的应用碳稳定同位素是指碳原子核中的质子和中子的数量不变，但中子的数量不同。
不同的生物过程对碳稳定同位素的分布和比例有着不同的影响。
具体应用碳稳定同位素研究陆地生态系统CO2通量可以从两个方面展开：源和汇。
涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用
涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用一、涡度相关技术概述涡度相关技术是一种用于研究大气、海洋和陆地生态系统通量的先进技术手段。
涡度相关技术通过采集环境中微量气体和热量的流动速度和方向信息，从而揭示了生态系统中物质交换和能量转移的过程和规律。
涡度相关技术主要包括风速仪和气体浓度仪两部分，在生态系统通量研究中起到了不可替代的作用。
风速仪是用于测量环境中气体流动速度和方向的仪器，它通过计算周围环境中气流的变化来获取气体的通量信息。
而气体浓度仪则是用于测量环境中微量气体浓度变化的仪器，通过监测生态系统中气体浓度的变化来研究物质的输送和交换过程。
这两种仪器的结合应用，可以全面地揭示生态系统中气体、热量和水汽等要素的通量情况，为生态系统的研究和保护提供了重要的技术手段。
二、涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中的应用1. 生态系统碳通量研究随着全球气候变化的日益加剧，陆地生态系统中的碳通量研究越来越受到人们的重视。
涡度相关技术通过监测植被表面的气体交换过程，可以精确地测定生态系统中的碳通量，包括光合作用和呼吸作用对大气中二氧化碳的交换情况，从而全面地揭示生态系统的碳循环机制。
通过风速仪和气体浓度仪的联合运用，可以实时地监测净光合作用和呼吸作用对大气中二氧化碳浓度的影响，分析植被对二氧化碳的吸收与释放，为生态系统的碳平衡研究提供了重要的数据支撑。
2. 生态系统水汽通量研究水汽是生态系统中重要的气体成分，对生态系统的水分循环和气候变化具有重要影响。
涡度相关技术可以有效地监测生态系统中的水汽通量情况，包括蒸腾作用和蒸发作用对大气中水汽的释放和吸收过程，为生态系统的水分循环和能量平衡研究提供了重要的数据支持。
通过风速仪和气体浓度仪的联合运用，可以实时地监测生态系统中植被表面的水汽通量情况，分析植被对大气中水汽的释放和吸收情况，为生态系统水汽通量的研究提供了重要数据支持。
3. 生态系统热量通量研究热量是生态系统中重要的能量形式，对生态系统的生物活动和能量平衡具有重要作用。
陆地生态系统碳循环的研究与评价
陆地生态系统碳循环的研究与评价随着全球气候变化问题的严重化，碳循环成为了近年来生态学领域的热点研究课题之一。
陆地生态系统作为全球碳循环的重要组成部分，对于全球碳平衡具有重要的影响。
本文将探讨陆地生态系统碳循环的研究进展和评价。
一、碳循环研究的重要性陆地生态系统作为全球碳汇的关键角色，其充当了重要的碳储存库。
通过研究陆地生态系统碳循环，可以揭示碳的输送、储存和释放过程，进而为全球碳平衡的研究提供重要依据。
此外，了解陆地生态系统的碳循环还可以为生态系统管理和气候变化适应性策略的制定提供科学支持。
二、研究方法与技术近年来，碳循环研究借助于先进的技术手段和研究方法取得了显著进展。
例如，通过利用遥感技术结合地面观测，可以对陆地植被的生长状态、凋落物的分解和土壤有机碳的储量进行监测和评估。
分子生物学和遗传学的发展使得研究人员能够更好地了解微生物参与的土壤碳转化过程。
同位素示踪和气候模型的运用也为对碳循环的研究提供了重要工具。
三、主要驱动因素陆地生态系统碳循环受许多因素的共同影响。
其中，气候因子是最主要的驱动因素之一。
气候变暖和降水变化会显著影响植被生长和土壤有机碳储存。
同时，人为活动，如土地利用变化和农业经营方式改变，也对陆地生态系统碳循环产生了重要影响。
因此，在评估陆地生态系统碳循环时，需要综合考虑各种驱动因素的影响。
四、评价指标与模型为了系统评价陆地生态系统的碳循环，科学家们提出了许多评价指标和模型。
其中，净生态系统碳储量（NEP）是评价一个生态系统碳平衡能力的重要指标。
NEP代表了生态系统吸收和释放碳的净量，可以通过测量碳库变化和通量进行估算。
此外，生态系统呼吸和凋落物分解速率也被广泛应用于评价和预测陆地生态系统的碳循环。
模型的应用使得研究者能够更好地理解和预测陆地生态系统的碳循环过程，为政策制定者提供科学依据。
五、评估与挑战尽管在陆地生态系统碳循环研究中取得了许多进展，但仍然存在一些挑战。
首先，碳循环是一个高度复杂的过程，涉及多个生态系统组分和过程的相互作用。
深圳率先开展碳通量监测
封面专题深圳率先开展碳通量监测文/王伟民S前，深圳在全国率先开展生 态系统碳通量监测，为实现碳达峰、碳中和提供坚实的数据支撑。
根据试点地区2020年碳通 量监测数据显示，深圳水热潜力较好，植被质量较高。
通量观测是实现“碳中和评估”的有效途径通量是指在流体运动中，单位时间内流经某单位面积的某属性 量，是表示某属性量输送强度的物理量。
在大气科学中，包含动量通 量、热通量、物质通量和水通量。
而生态系统通量观测，是通过获取典型生态系统地气（海气）间 显热、潜热、动量通量、CO 2通 量、水汽通量的长期观测数据。
近年来，关于全球变化与陆 地生态系统的研究，已经从最初人类关注大气微量气体和全球变暖之间的联系，发展到更多地关注生态 系统及植被-大气界面的二氧化碳 交换过程和反馈机制，而全球碳收支的精确评价及其控制机理也日益成为人们高度重视的研究领域。
当前，国际上一批大型研究计划正在展开不同地区和不同生态系统类型的碳水循环和碳水通量的 实验观测，主要目标是利用微气象技术获取某地区代表性植被与大气间的二氧化碳、水汽和热量通量信 息，从而评价各陆地生态系统在区 域和全球碳收支中的作用。
2020年12月21日，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能 源发展》白皮书，清晰描绘了中 国2060年前实现碳中和的“路线18Environment图”。
在近期的中央经济会议上，“2030年碳达峰”和“2060年碳中和"被列为2021年八项重点任务之一。
通量观测作为测量区域生态系统与大气间二氧化碳浓度和通量信息的重要手段，是实现“碳排放监测”“碳中和评估”的有效途径。
基于涡度相关技术，开展碳通量监测当前，生态系统通量观测的主要方法有空气动力学法、热平衡法和涡度相关法。
其中，涡度相关技术为国际上主要的通量观测手段，是通过测定和计算物理量（如温度、CO2、水等）的脉动与垂直风速脉动的协方差求算湍流输送通量的方法。
其在观测和求算通量的过程中几乎没有假设，具有坚实的理论基础，适用范围广，被认为是现今唯一能直接测量生物圈与大气间能量与物质交换通量的标准方法，在局部尺度的生物圈与大气间痕量气体通量的测定中得到广泛的认可和应用。
全球碳循环研究中_碳失汇_研究进展
全球碳循环研究中“碳失汇”研究进展 3
徐小锋 宋长春
(中国科学院东北地理与农业生态研究所 , 长春 130012) (2003 年 5 月 6 日收稿 ; 2003 年 8 月 6 日收修改稿)
摘 要 全球碳循环是全球生物地球化学的主要研究方向之一 ,目前其重点集中在“碳失汇” (missing sink) 问题的研究上. 最近的研究表明 “, 碳失汇”产生的主要原因是北方陆地森林生态 系统对碳的固定 、海洋对碳的吸收 、岩石圈中 CaCO32H2O2CO2 系统 (岩溶动力系统) 对碳的吸 收 ,以及陆地上碳库的转移. 寻找“碳失汇”的技术手段为现代地理信息系统与遥感技术和全球 统一的野外定点监测相结合 ,加以模型研究. 关键词 碳循环 ,碳失汇 ,森林生态系统 ,海洋 ,岩石圈 中图分类号 X142
146中国Βιβλιοθήκη 学院研究生院学报第 21 卷
测定 ,它的周转时间最短 ,并且对它进行的研究也最早. 早在 17 世纪 ,欧洲的科学工作者已经注意到了 CO2 的存在 ,最精确的观测已持续了近 50 年[9] . 因此 ,当前的“碳失汇”研究均以大气作为参考 ,任何使 大气 CO2 浓度增加的库定义为源 ,相反则为汇.
目前国内外对“碳失汇”研究投入了大量的人力 、物力 ,以求能够找到真正的“碳失汇”. 但是因为“碳 失汇”的存在地点不明以及测定方法的不确定 ,形成碳循环研究中著名的黑箱问题[3] . 揭示“碳失汇”有 助于理解碳的迁移转化过程及其详细内容. 国内外关于碳的源汇问题的一些思考 ,已有不少报道[6 —9] , 对“碳失汇”的某些成因已有比较一致的看法 ,但因为影响因素的多样性和复杂性 ,使得这一问题在近些 年内还不能得以圆满地解决.
气候变化对“碳失汇”的影响主要表现在气温增加对碳汇的作用. 这一作用主要表现在两方面 : (1) 气温增加提高植物的呼吸作用 ,从而释放更多的碳. 这一点的有力证据即是从 1940 年以来陆地 生态系统中碳积累的年变化与气温存在负相关. 有资料表明 ,全球气温每增加 1 ℃,大气 CO2 的体积分数 大约增加 3μLΠL ,这相当于增加了大气中碳积累量 6 Pg C[25] . Houghton 发现 ,温度每升高 1 ℃,增加的呼 吸作用导致碳增加释放 (或减少吸 收) 314 —614 Pg C[26] . 但 碳 库 变 化 滞 后 可 达 7 年 , 这 一 点 可 以 从 1940 —1970 年中期的气候变冷与碳储量增加相对应得到证明. (2) 气温增加可以提高氮的矿化 ,进而刺激植物生长固定更多的碳. Dai 和 Fung 利用模型分析 ,认为 1950 —1984 年间 ,陆地生态系统碳积累了 15 —25 Pg C[27] . 主要分布于北纬 30°—60°,这一数值相当于同 期全球“碳失汇”的一半. Tian[28] 等利用模型研究了气候变化和大气 CO2 增加对亚马逊热带原始雨林碳 库的年际变化 ,与 Dai 和 Fung 的结论基本一致 ,来自实际观测的资料也支持了这一观点. Goulden[29] 等在 美国新英格兰的 Harvard 森林站 ,利用涡度相关法对温带落叶阔叶林与大气间的二氧化碳交换量进行了 5 年的观测. 结果表明 ,1991 —1995 年间该系统每年从大气中吸收碳 114 —218 Mg CΠm2 . 并最终得出结论 认为 ,北半球的陆地生态系统与大气间二氧化碳中碳的交换量的变化幅度为 1 Pg C 左右. 3. 1. 1. 2 植物生长 植物的生长表现为生物量的增加 ,也即碳的积累. 近年来 ,在北美和欧洲大陆有大量的森林生态系 统正处于恢复阶段 ,这必将是一个重要的碳汇. Dixon 等在 1994 年通过实验测定得出结论 ,仅俄罗斯和
中国通量网
收稿日期：2014-07；修订日期：2014-07。
基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(2010CB833500)；国家自然科学基金项目(31170422，30900198)。
作者简介：于贵瑞(1957-)，辽宁大连人，研究员，主要从事陆地生态系统碳循环与气候变化研究，E-mail:yugr@ 。
903-917页1引言地球系统已经进入了人类世的新时代(Crut-zen et al,2003;Zalasiewicz et al,2010;Steffen et al,2011)，人类以超越地球上所有生物的姿态，利用和开发着其力所能及的各类资源，影响和干预着支撑自身生存和发展的生物和环境系统(Vitousek et al,1997;Galloway et al,2004;Raupach et al,2010)，并且这种干扰和影响也随着科技进步和人口规模的增大而与日俱增，已经造成了不可自我恢复或不可逆转的全球规模的生物圈结构和功能的改变，导致了人类生产、生活和生态环境的破坏(Millennium Ecosystem Assessment,2005;Brook et al,2013)。
以气候变化为标志的全球环境变化引发了人类社会的广泛关注，成为资源环境以及地球和生命科学研究的热点领域(IPCC,2007)。
碳循环是全球环境变化科学研究的基础问题之一。
评估全球、不同区域以及各国陆地碳收支和碳交换通量，既是全球变化成因分析和科学预测的重大科技需求，也是支撑IPCC 全球温室气体管理、国际社会联合减排和共同应对全球气候变化的科技需求(于贵瑞,方华军等,2011;Le Quërëet al,2013;Baldocchi et al,2014)。
近几十年来，在中国社会经济快速发展的同时，温室气体排放量的增长速率也跃居世界第一，不仅使中国面临着巨大的温室气体减排压力，而且也成为中国大气环境污染、威胁人类健康和社会经济可持续发展的瓶颈因素。
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展 [1]. 研究地球系统的碳循环过程和控制机理 , 评价 陆地生态系统对温室气体的吸收或排放能力 , 分析 全球碳源 /汇的时 -空分布特征 , 预测未来的气候变化 趋势和评价生态系统碳循环对全球变化的响应与适 应特征, 是现代地球系统科学、生态与环境科学关注
2004-07-14 收稿 , 2004-11-01 收修改稿 * 国家重点基础研究发展规划项目 (编号 : G2002CB412501)和中国科学院知识创新工程重大项目 (编号: KZCX1-SW-01-01A)共同资助 ** E-mail: yugr@
中国科学 D 辑 地球科学 2004, 34 (增刊Ⅱ): 15~29
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亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展*
于贵瑞
①**
张雷明
①②
孙晓敏
①
李正泉
①②
伏玉玲
①②
(① 中国科学院地理科学与资源研究所, CERN 综合研究中心, 北京 100101; ② 中国科学院研究生院, 北京 100039)
摘要
[5] [4] [1]
与生态系统类型上的分布并不均衡 . 按地带性划分 , 26 个站点分布在温带地区 , 约占总数的一半 . 按生 态系统类型划分 , 30 个集中在森林 , 农田观测站点 也大部分集中于稻田 . 由此可见 , 现有的站点还远 远不能覆盖各区域的主要生态系统类型 , 还需要不 断增加观测站点的数量 , 增强观测站点的区域和生 态系统的代表性 , 以准确评价亚洲区域的陆地生态 系统碳源、 汇强度 . 近年来 , 中国的通量观测保持了 很好的发展势头 , 中国林业科学院和国家气象局都 在启 动 一定 规模 的 通量 观测 研 究计 划 ( 个 人 交流 ), 将为发展亚洲地区的通量观测事业起到进一步的推 动作用 . 值得关注的是 , 亚洲区域的一些卫星遥感 和环境监测方面的大型研究计划正在与通量观测研 究网络密切配合 (图 1), 这无疑会极大地提高通量观 测研究网络的综合研究能力 , 拓宽观测成果的应用 领域 . 本文重点评述了亚洲地区在通量观测设备研发、 观测技术改进、 典型生态系统 CO2 通量特征及环境控 制机理和生态系统碳循环模型模拟等研究领域所取 得的重要进展 , 并探讨了亚洲地区通量观测研究所 面临的主要科学问题、解决途径和新的区域合作机 制.
SCIENCE IN CHINA Ser. D Earth Sciences
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中国科学 D 辑 地球科学
第 34 卷
的 重 大 科 学 问 题 [1~3], 这 些 科 学 问 题 成 为 IGBP, WCRP, IHDP 和 DIVERSITAS 等国际合作研究计划的 核心 . 2003 年启动的全球碳计划(Global Carbon Project, GCP), 将全球规模的碳循环研究推向了一个新 的历史阶段 . 在对全球碳、水循环关键过程的研究中, 需要大 尺度、长期和连续的生物圈-大气之间的 CO2, H2O 和 能量通量观测数据的支撑, 全球通量观测网络 (FLUXNET, /FLUXNET) 作 为 H2O 和能量交换信 获取生态系统与大气之间的 CO2、 息的有效手段 , 为分析地圈 -生物圈-大气圈的相互作 用 , 评价陆地生态系统在全球碳循环中的作用提供 了 重 要 的 数 据 基 础 . 目 前 FLUXNET 主 要 由 AmeriFlux(美洲)、 CarboEurope(欧洲)、 OzFlux(澳洲)、 Fluxnet-Canada(加拿大)、AsiaFlux (日本)、KoFlux(韩 国)和 ChinaFLUX (中国)等 6 个地区性研究网络组成, 共有 266 个注册观测站点(截止到 2004 年 10 月), 正 在开展地区尺度或大洲尺度的 CO2, H2O 和能量通量 的观测研究 . 各通量网络都强调采用多种手段和多 种方法 , 对土壤、植被和大气的各种要素 , 以及生态 系统碳循环与水循环的多种关键过程进行综合观测 , 为开展陆地生态系统碳、 水循环和能量传输过程的综 合研究提供有效数据集和实验研究平台[5]. 亚洲地区作为世界上最大的大陆板块 , 拥有广 阔的地域空间 , 具有复杂而独特的地貌特征、丰富 的气候类型和生态系统类型 . 与此同时 , 亚洲区域 不同国家 / 地区的经济发展水平存在着极大的差异 , 这为开展人类活动对全球变化影响的研究提供了良 好的社会和经济背景 . 因此亚洲日益成为全球碳通 量观测研究的热点地区之一 . AsiaFlux 和 KoFlux 分 别于 1999 和 2000 年在日本和韩国建立 . 中国陆地 生态系统通量观测研究网络 (ChinaFLUX) 是在中国 生态研究网络 (CERN) 的基础上于 2002 年建立的 . ChinaFLUX 的建立填补了欧亚大陆通量观测的空白 区域 , 增加了生态系统类型的代表性 . 目前 , 亚洲 地区通量观测研究网络约有 54 个注册观测站点 , 观 测区域覆盖了从 2°N 到 63°N 的热带雨林、 常绿阔叶 林、针阔混交林、灌木草地、高寒草甸和农田等不 同纬度的陆地生态系统 . 但现有的观测站点在地域
1 亚洲区域通量观测技术与 NEE 评价方法 的研究进展
植被与大气间的碳交换通量的准确和长期观测 是评价陆地生态系统碳源、汇功能的基础和前提. 亚 洲地区的通量观测研究已有十多年的发展历史 , 不 仅在观测仪器研发、 观测技术方面取得了很大的进步, 积累了大量的观测研究数据 , 而且在复杂地形条件 下和夜间的 CO2 净交换量(NEE)评价方法等方面也开 展了较为深入的研究.
1.1
CO2 通量观测技术研究
(1) 涡度相关观测技术 . 虽然早期的涡度相关
技术多用于分析大气边界层湍流结构和热量与动量 传输 , 但这为开展生态生态系统的植被 - 大气之间 CO2 交换研究奠定了理论和实验基础[6]. 目前涡度相 关法已经成为近年来测定生态系统碳、 水交换通量的
SCIENCE IN CHINA Ser. D Earth Sciences
增刊Ⅱ
于贵瑞等 : 亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展
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图1
亚洲区域通量观测研究站点和环境监测计划
关键技术 , 得到了越来越广泛的应用 [6,7]. Baldocchi 对涡度相关技术的研发和应用进行了系统和详细的 评述 . 需要指出的是亚洲的科学工作者在涡度相关 观测仪器开发和观测技术研究方面也做出了重要的 贡献. 早在 20 世纪 60 年代 Kaimal 和 Businger 研究 和开发超声风速仪的同时 , 日本学者 Mitsuta 等就 在开发 DAT-600 超声风速仪(KAIJO Co., Japan)在亚 洲, 特别是在 AsiaFlux 中得到了广泛的应用[9]. 随着 超声风速仪的不断改进 , 实用性和商业化的超声风 速仪不断推出
作为 FLUXNET 的重要组成部分, 亚洲区域以其广阔的地域、独特的气候、丰富多样的
植被类型等特点 , 日益成为全球碳通量观测研究的热点地区之一 . 目前在亚洲地区已经成立了 AsiaFlux (日本), KoFlux(韩国)和 ChinaFLUX(中国)区域性观测研究网络, 约有 54 个不同生态系统 类型的通量观测站点, 观测区域覆盖了从 2°N 到 63°N 的热带雨林、常绿阔叶林、针阔混交林、 灌木草地、高寒草甸和各种农田等陆地生态系统. 各观测站点都在以涡度相关技术为主体对植 被-大气间的 CO2, H2O 和能量通量、 以及生态系统水碳循环的关键过程进行着长期和连续的观测, 所获取的观测数据将被用于量化和对比分析研究区域内的生态系统碳收支与水平衡特征及其对 环境变化的响应, 验证土壤-植物-大气连续系统的物质交换模型, 服务于陆地生态系统碳、水循 环的集成性研究. 长期以来, 亚洲地区的科学家在观测理论与技术、生态系统通量特征和模拟模 型等领域取得了许多成就, 为全球通量观测事业的发展做出了重要贡献. 但是, 为进一步提高亚 洲地区的通量观测研究水平、加速观测数据的积累、提高数据质量和数据资源的共享水平, 急需 建立复杂地形和夜间 NEE 质量评价与校正的方法论体系, 构建和发展通量观测网络与稳定性同 位素观测网络、 水碳循环过程实验网络以及遥感观测或高空对地观测网络有机结合的综合观测与 研究体系, 并建立新的亚太地区区域合作与交流机制.
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通过测定群落两个高度的 CO2 和 H2O 浓度来间接计 算物质和能量通量 . 虽然这种技术对于裸地和低矮 植被的通量观测较为准确, 但对于复杂群落而言 , 其 应用往往比较困难, 在 CO2 的垂直梯度很小时, 梯度 法无法应用
[10,11] [8] [6]
进行观测与研究工作 [13~18], 并对开路系统和闭路系 统 进 行 了 平 行 对 比 观 测 研 究 [13,
16, 17]
. Yasuda 和
Watanabe 在比较开路系统和闭路系统观测结果时 , 提出 了 一种 校正 闭 路系 统响 应 时间 误 差 的 新 方 法
, 为通量观测研究提供了性能良好
的关键观测设备. 日本学者 Ohtaki 和 Matsui 首先发明了开路红外 CO2/H2O 分析仪, 被用于通量观测中的 CO2 和 H2O 浓 度脉动的同步测定
[11,12]
. 现在的 CO2/H2O 分析仪主要
有两种类型, 一种是开路系统(Open-Path), 如 LI7500 (LiCor Inc, 美国)和 Advanet-E009 系列(Advanet Co., 日 本 ), 另 一 种 类 型 是 闭 路 系 统 (Closed-Path), 如 LI7000/LI6262 (LiCor Inc, USA)等. 闭路系统以其性 能稳定和对环境适应性强的特点为日本通量界所青 睐[13]. AsiaFlux 主要是利用闭路系统的 CO2/H2O 分析 仪与超声风速仪组合而成的闭路涡度相关观测系统
关键词 陆地生态系统 通量观测网络 稳定性同位素观测网络 碳通量 涡度相关 亚洲