陆地生态系统通量观测的原理与方法

亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展

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
15
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.

陆地生态系统通量观测的原理与方法(第二版)

陆地生态系统通量观测的原理与方法（第二版）
陆地生态系统通量观测是深入了解陆地生态系统及其能量循环的关键。

波尔特（Pörtner）等人的第二版《高等教育：陆地生态系统通量观测的原理与方法》，
将围绕国际包括学科，把握最先进的理论研究，分析研究范围，结合地方实践，意在引导读者利用适当的参数来理解陆地生态系统通量观测，从而深入探讨全球变化如何影响大尺度通量，以及改写通量观测计划。

本书首先介绍了陆地生态系统通量观测关键概念及关联框架，提供了基础知识。

然后，重点介绍了这一领域的观测原理，着重讨论了气候变化对植被通量的影响，并列出了各种远距离观测技术以及如何从这些技术中选择最佳观测模式。

这些讨论旨在激发读者关注和技能，帮助读者构建有效的科学设计，以评估陆地生态系统通量的变化。

此外，该书还讨论了数据处理的的多种实证方法，如回归分析，相关性分析，
统计模型等，着重介绍了观测设计、数据处理与结果评估的全过程，并针对实际情况提供了丰富的实用技巧和经验。

对于那些有兴趣深入研究陆地生态系统通量学的学生而言，这本书无疑可以为学习概念及其实施提供一个完整而又有效的框架。

因此，它所提供的全面信息及知识资源，为读者实现陆地生态系统通量观测的学习提供了有力的帮助。

中科院-生态系统水碳氮循环与通量观测原理与技术

2.7尺度Scale
• 在不同现象，分析和取样上，尺度被用作以上提及的六个概念的同义词，还有一些其他相关定义被使用。
• 虽然尺度这一词汇的使用纷繁复杂而混乱不堪，但是我们强调与以下三者具有联系。
1）被研究现象的结构和过程。（即存在空间尺度，也存在时间尺度。）
2）取样方案和统计分析应该被分开考虑。（就是说 sampling和analysis的尺度是相互分离而不相互混淆的）
4.1.1美国矮桦Betula glandulosa
样线法记录分布位置和覆盖度
Yukon，Canada
1001个0.1×0.1m2的连续样方
4.1.2白刺果豚草Ambrosia dumosa
Joshua Tree National Park,America
样地为100×100 m2 取样样方为5×5 m2 记录分布位置
ECNU
1.2尺度概念--种类
现象(phenomenon) 尺度观测(observational) 尺度
分析(analysis) 尺度
1.2.1现象尺度
27*27 cm
格局的空间特征：
斑块大小（tile size）种间间距（phase lag）现
象
尺度
过程的空间特征：行动的范围
（range of action）
• 在支撑（Support）任何一个特征上的某个改变，都将新定义一个变量。
• 取样单元一旦改变，两组即便是同一属性的测得变量也必然是截然分开的不同变量。
2.6比例尺Cartographic ratio
• 当数据被提出或存储为地图时，存在一个地图上的距离所代表现实世界真实距离的比值。
• large scale ≠ large extents

涡度协方差计算碳通量

涡度协方差计算碳通量涡度协方差法是一种常用于计算陆地生态系统碳通量的方法。

通过测量大气和植被层的温度和湿度变化，结合涡度相关技术和统计学方法，可以估算出碳通量的速率和方向。

本文将介绍涡度协方差法的原理、数据采集和处理流程，并探讨其在碳通量研究中的应用。

1. 原理涡度协方差法基于湍流理论，将陆地生态系统中的碳转化过程视为湍流运动。

湍流对水汽和热量的垂直混合导致温度和湿度的不均匀分布，进而影响大气和植被层之间的气体交换。

涡度协方差法通过测量和分析这种垂直湍流运动，计算出碳通量的大小和方向。

2. 数据采集涡度协方差法需要收集大气和植被层的相关气象数据，包括温度、湿度、风速和风向。

这些数据可以通过气象站、自动气象站或先进的遥感技术获取。

为了获取准确的结果，需要在地面上安装测量仪器，并进行现场观测。

数据采集的时间跨度应覆盖较长的时间段，以获得更全面的信息。

3. 数据处理将采集到的温度、湿度、风速和风向数据进行处理，得出碳通量的计算结果。

数据处理时需要注意以下几个方面：- 数据质量控制：对所采集的数据进行质量控制，剔除异常值和误差较大的数据。

- 时间尺度划分：将数据按照一定的时间尺度（如小时、日、月）进行划分和平均，以获得更稳定和可靠的结果。

- 湍流运动分析：使用涡度协方差相关技术，分析湍流运动的特征、强度和方向，推导出碳通量的速率和方向。

4. 碳通量估算通过涡度协方差法计算得出的涡度协方差通量（CO2 flux）是描述大气和植被层之间的碳交换速率的关键参数。

根据湍流理论和质量守恒原理，可以估算出碳通量的大小和方向。

在陆地生态系统中，正值表示植被吸收大气中的CO2，负值表示植被释放CO2到大气中。

5. 碳通量研究应用涡度协方差法被广泛应用于陆地生态系统的碳通量研究中，包括森林、草地、湿地等不同类型的生态系统。

通过对碳通量的观测和分析，可以评估生态系统的碳收支、碳储量和碳交换对气候变化的响应。

同时，涡度协方差法也可用于验证和改进碳循环模型，提高对碳通量的预测和估算精度。

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。

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

1. 引言涡度相关技术是一种用于测量大气和陆地生态系统之间气体和能量通量的先进技术。

它通过测量空气中的微小涡旋来分析和计算各种气体（如二氧化碳、水汽、氮氧化物等）和能量（如热量）在不同生态系统中的通量。

本文将着重介绍涡度相关技术的原理、应用及其在陆地生态系统通量研究中的重要性。

2. 涡度相关技术的原理涡度是指流体（气体或液体）中的旋转运动。

在大气和陆地生态系统中，气体和能量的传输是通过对流和涡旋的方式完成的。

涡度相关技术利用了这种特性，通过测量单位时间内某一点上的气体或能量的变化来计算通量。

主要的涡度相关技术包括风速测量、气体浓度测量和温度测量，通过这些参数的测量和计算，可以得到气体和能量的通量数据。

3. 涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中的应用涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中有着广泛的应用，特别是在研究碳循环、水循环和能量平衡等方面。

它可以帮助科研人员更准确地了解生态系统中气体和能量的流动情况，进而对生态系统的健康和功能进行评估和预测。

涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中的重要性不言而喻。

它可以帮助科研人员更全面地了解生态系统的气体交换和能量平衡，为进一步的生态系统研究提供宝贵的数据支持。

通过这些数据，科研人员可以更好地理解生态系统的结构和功能，并对其未来的发展趋势做出更准确的预测。

5. 个人观点和理解作为一种先进的气体和能量通量测量技术，涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中发挥着不可替代的作用。

它为科研人员提供了一种全新的研究方法和数据来源，使他们能够更深入地了解生态系统的运行规律和响应机制。

我个人认为，涡度相关技术将会在未来的生态学研究中发挥越来越重要的作用，为人们探索地球上的自然奥秘提供强有力的支持。

6. 总结涡度相关技术是一种重要的气体和能量通量测量技术，它在陆地生态系统通量研究中有着广泛的应用前景。

通过对涡度相关技术的深入了解和应用，我们可以更好地认识和保护地球上的生态系统。

希望本文的介绍能够让您对涡度相关技术有更清晰的认识，对陆地生态系统通量研究有所启发。

生态通量的测量及其意义

生态通量的测量及其意义生态通量在生态学研究中扮演着非常重要的角色，它可以反映物质和能量在生态系统中的流动和转换。

如何准确地测量生态通量，可以帮助我们更好地理解生态系统的功能和生物间的相互作用。

本文将介绍生态通量的测量方法及其意义。

一、生态通量的测量方法生态通量的测量方法主要有以下几种：1.标记技术：将一些化学物质或同位素标记在某个生物体内或环境中，以跟踪物质或能量的流动。

例如，我们可以将碳同位素标记在一种植物上，然后通过分析它们在不同植物、动物或土壤区域中的分布，来测量生态系统中的碳流量。

2.质量平衡法：通过测量物质在进入和离开生态系统的质量差异来计算生态通量。

例如，在河流中测量水的流量和污染物的浓度，可以了解污染物的输入和输出情况。

3.关键物种法：通过测量生态系统中某个关键物种的数量和活动来估算物质和能量的流动。

例如，在极地的食物链中，我们可以通过测量哺乳动物数量和吞食量，了解生态系统中能量的转换情况。

二、生态通量的意义准确地测量生态通量可以帮助我们更好地理解和管理生态系统，有以下几方面的意义：1.了解物质和能量转移：生态通量的测量可以让我们了解生态系统中物质和能量的转移情况，从而帮助我们研究生态系统的结构和功能。

2.评估生态系统的健康状态：通过测量生态通量，我们可以了解一个生态系统的健康状态和稳定性，帮助我们提出相应的管理措施和保护策略。

3.预测物种的变化和生态系统的响应：通过测量生态通量，我们可以预测物种数量和分布的变化，以及生态系统对外部干扰的响应，为生态系统的保护和管理提供科学依据和决策参考。

结论生态通量的测量是生态学研究中至关重要的一部分，可以帮助我们更好地理解生态系统的结构和功能，预测物种和生态系统对干扰的响应，制定相应的保护和管理政策。

在今后的研究中，我们需要进一步研究和探索生态通量的测量方法，以更好地保护和管理生态系统。

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。

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。

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。

第六讲_通量观测方法与原理_

光强的自然对数的协方差与空气折射指数结构参数之间存在如下关系(接收器和发射器的孔径大小相同)：
D为发射光束的直径，L为光程长度
大尺度通量观测: 大孔径闪烁仪
大型蒸渗仪方法示意图
外观
大型蒸渗仪方法示意图
内部构造
大型蒸渗仪方法优缺点
优点直接观测，精度高可以进行水分处理，进行不同科学目的的观测
缺点自然代表性不够应用范围相对较窄
波文比-能量平衡方法
波文比的定义
波文比(Bowen ratio)指地表感热通量与潜热通量之比
H E
波文比可以描述空气的稳定状况：波文比越大，表明感热交换越强烈，空气越不稳定，波文比越小，空气稳定性越好
u为瞬时值，u为一段时间的平均值，u’为脉动值
涡度相关方法原理
2. Reynolds平均法则
u u
u' 0 uw uw
u'w u'w 0 uw uw u'w'
涡度相关方法
原理
3. 涡度相关的两个假定
✓水平方向上通量的输入与输出相等
u1v1 u2 v2
w1ρv
w1’ρv’
u1ρv1
空气的折射指数与感热通量之间在理论上存在一个关系空气折射指数用折射指数的结构参数 Cn2来描述其湍流强度 Cn2是一个与温度结构参数CT2相关的一个参数。对于近红外波段，这个关系式可以表达为：
温度结构参数空气折射指数
AT为温度对折射指数的相对贡献 T为空气温度 β为波文比 p为大气压
大尺度通量观测: 大孔径闪烁仪大孔径闪烁仪(Large Aperture Scintillometer)原理
i0
w'v'

陆地生态系统CO_2与水热通量的研究进展

中图分类号：７．ＸＩ１１
文献标识码：Ａ
文章编号：０８— ３１２１）２— ０１８１ｏ２０（０２０００ —０
ＴｈｓａｃｏｒｓｎＣＯ２ｅＲｅｅｒｈＰｒｇｅｓｏ，ＷａｅｎａｕｅｆｔｅＴｅｒｓｒａｏｙｔｍ．ｔｒａｄＨｅｔＦｌｘｓｏｒｅｔｉｌｈＥｃｓｓｅＭＡＨｏｇ，ＣＨＥａ— ｎ。ＮＹ
（）０～０２：１８
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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：随着全球气候变化的加剧，陆地生态系统对大气中二氧化碳（CO2）的通量起到了至关重要的调控作用。

本文综述了陆地生态系统CO2通量及其碳稳定同位素的研究进展。

首先，对陆地生态系统CO2通量的定义、测量方法和主要影响因素进行了介绍。

其次，对CO2通量的研究方法包括原位观测、遥感技术和模型模拟进行了综述，重点讨论了各种方法的优缺点及其适用范围。

接下来，对陆地生态系统CO2通量的空间和时间变异特征进行了总结分析，揭示了全球陆地生态系统CO2通量的空间格局和季节变化规律。

此外，本文还介绍了陆地生态系统CO2通量与环境因子（如温度、湿度和光照等）以及人类活动的关系。

最后，对陆地生态系统CO2通量的碳稳定同位素研究进行了概述，包括同位素的来源、分馏机制以及其在探究CO2通量的源汇过程中的应用。

本文旨在为进一步研究陆地生态系统对全球气候变化的响应提供参考。

关键词：陆地生态系统，CO2通量，碳稳定同位素，全球气候变化1. 引言随着全球气候变化的威胁日益严峻，人们对陆地生态系统对大气中CO2的吸收和释放过程的研究越发重视。

CO2是地球大气中最重要的温室气体之一，对地球气候系统起到决定性的影响。

因此，了解陆地生态系统CO2通量的空间格局和时间变化规律，以及其对全球气候变化的响应机制，对揭示全球碳循环过程、准确预测未来气候变化以及制定有效的生态保护和调控策略具有重要意义。

2. 陆地生态系统CO2通量的定义和测量方法陆地生态系统CO2通量指的是陆地生态系统与大气之间CO2的净交换量。

测量陆地生态系统CO2通量的方法包括原位观测、遥感技术和模型模拟。

原位观测方法主要包括静态箱法、室内扩散法和涡度相关法等。

遥感技术主要利用遥感影像来推算陆地生态系统的CO2通量。

模型模拟方法则是通过建立数学模型对陆地生态系统CO2通量进行估算。

3. 陆地生态系统CO2通量的研究进展3.1 CO2通量的空间和时间变异特征全球陆地生态系统CO2通量的空间格局呈现出明显的地域差异。

第六讲_通量观测方法与原理

由于18R远小于1，因此分母可以近似等于1，则有：
18N18RN
该公式表明，某物质同位素的量等于该物质同位素比与该物质总量的乘积
通量的精细分解测定:同位素技术
SPAC系统中的18O和13C
H218O, H16O, H216O
Atmospheric Vapor (1813‰)
C18O16O, C16O2 , 13CO2 , 12CO2 Atmospheric CO2
通量的精细分解测定:同位素技术原理(以水汽通量为例)
Craig-Gordon模型
δEαVδ /L Lh1 N δA h NεV/ Lεdiff
n=1/2 对于自然水面蒸发 =1 对于土壤水和叶片水蒸发
Θ=1对于小水面 =0.5-0.88 对于大水面
18Δdiff = -28.5‰ 2Δdiff = -25.1‰
同位素稳态在一个较长时间尺度时，或者蒸腾水汽量远大于叶片本身含水量，水汽交换(蒸腾速率)较大时，稳态假设一般是成立的
在短时间尺度，如小时或更短尺度，由于受各种环境因子的影响，蒸腾的同位素稳态往往会受到影响，形成蒸腾过程的同位素非稳态情形
通量的精细分解测定:同位素技术
原理(以水汽通量为例)
Craig-Gordon模型模拟蒸发水汽同位素组成的模型
过程的存在方式或程度
通量的精细分解测定:同位素技术同位素基础知识
同位素含量的表达(以18O为例)
同位素比R
18 R 18 N 16 N
N：元素的量(个数)
同位素δ值
18
18
Rsample 1 18
Rstandard
通量的精细分解测定:同位素技术
同位素基础知识
同位素分馏过程的表达

4.近地层通量观测系统概述

全球通量观测网（FluxNet）（2008）
站点大兴安岭长白山盘锦禹城千烟洲鼎湖山锡林浩特锡林格勒西双版纳海北当雄
生态系统类型寒温带针叶林温带混交林暖温带水稻芦苇湿地暖温带冬小麦夏玉米农田亚热带人工针叶林南亚热带常绿阔叶林羊草草原温带草原热带季节雨林高寒草甸高寒草原化草甸
• （2）全球变化研究是当今国际科技研究的热点问题。19 世纪中期工业革命以来，大气中CO2等温室气体的浓度就一直呈现增加的趋势，逐渐成为导致全球变暖的主要因素之一。为了获得地气之间CO2、水和能量交换的第一手资料，全球相继建立了大量的湍流观测站并组成了观测网络——全球通量观测网（Fluxnet）和全球城市通量观测网（Urban-Fluxnet）
Hale Waihona Puke 周三下午班超声风速仪工作原理
观测的气象要素：u、v、w、Ts的瞬时量
换能器(transducer)：相对放臵的一对换能器（I，II），里面的压电晶体为收、发两用型的。当对换能器I施加脉冲电压时，可产生超声脉冲信号，发射出来，换能器II能够接受到，并把超声信号转化成电信号，输入到超声风速仪的芯片中。反之，当在II上施加脉冲电压时，其产生的超声脉冲信号能被I接受，并将超声信号转换成电信号，输入到超声风速仪的芯片中。
Krypton Hygrometer湿度仪工作原理
观测的气象要素：水汽的脉动
KH20 氪湿度计
观测原理：赖曼a法，氪发射紫外线，利用水汽对紫外波段的吸收进行
热电偶温度传感器工作原理
观测的气象要素：瞬时温度
热电效应原理：两种不同的金属组成的闭合回路中，当两接触点的温度存在差异时，回路中就会有电流通过，两接触点间形成电势差，电势差的大小与温度差有关。

生物通量测定技术的原理与应用

生物通量测定技术的原理与应用随着环境污染和气候变化的日益严重，环境保护和可持续发展已变得日益重要。

生物通量测定技术是一种可以用来定量评估生物体对环境因素的响应及其承受力的技术。

本文将从基本原理、测定方法和应用案例等方面探讨生物通量测定技术。

1、基本原理生态系统中的生物与环境之间相互作用是一个复杂的系统，生物通量测定技术是一种通过对生物体内部分子活动进行监测来研究生物与环境之间相互作用的方法。

这种技术利用物理、化学和生物学的知识，将测量结果与理论模型结合起来，从而定量评估生物体对环境的响应。

生物通量测定技术是基于计量化学的分析方法，根据活性分子在生物体内的动态分布，通过测定活性分子在生物体内的转化速率、摄取速率和消耗速率等参数，从而计算出生物体内活性分子的通量。

常见的生物体内活性分子包括氧气、二氧化碳、水、养分等物质。

2、测定方法生物通量测定技术的测定方法通常包括三个方面，即实验设计、标记试剂和测定分析。

实验设计：生物通量测定技术需要建立与生物体相应的实验室条件。

在实验过程中，需要利用现代化的设备和传感器进行数据处理，以便得到较为精确的测定结果。

标记试剂：生物通量测定技术需要使用标记试剂，以便对活性分子进行追踪和监测。

常用的标记试剂包括放射性同位素、荧光探针、稳定同位素等。

测定分析：生物通量测定技术需要对测定分析进行精细处理。

在测定过程中需要注意控制实验变量，如温度、湿度、微生物等。

同时，还需要进行数据调整，以达到更准确的分析结果。

3、应用案例生物通量测定技术已广泛用于生态系统的监测与评估，其应用领域包括生态学、环境科学、农业科学、药物开发等多个领域。

举例来说，通过生物通量测定技术，可以研究植物的吸收与利用氮元素、磷元素等有效养分对其生长发育的影响，进而指导农业生产的管理和发展。

此外，生物通量测定技术还可以用于分析发现新的药物靶点或调节物质基础，以及直接评估环境中某种物质的生态毒理效应等。

总之，生物通量测定技术的发展为环境保护和可持续发展提供了一种新的评估工具和方法。