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第一章 绪论1

第一节 国际通量观测事业的发展1

一、通量观测的历史过程1

二、FLUXNET的构建与发展2

第二节 通量观测的科学贡献4

一、生态系统通量观测的技术进步4

二、通量观测的主要科学贡献5

第三节 中国通量观测事业的起步和发展6

一、中国通量观测的前期研究工作6

二、ChinaFLUX的建设7

三、中国通量观测事业的发展和壮大8

第四节 国际通量观测研究的热点领域9

一、通量观测技术研究10

二、通量-遥感的联合观测技术与数据整合研究11

三、通量的过程机理与动力学模型研究11

四、数据-模型融合系统的开发研究13

五、通量观测在一些新领域的拓展应用研究14

六、区域碳平衡及其对全球变化的响应和适应性的综合研究17

第五节 ChinaFLUX的研究工作重点17

一、复杂条件下通量观测技术与评价方法的研究17

二、典型生态系统二氧化碳和水通量的环境响应机理研究18

三、多尺度通量观测数据-模型融合系统的开发研究18

四、大尺度生态系统二氧化碳源、汇格局及其变化规律研究19

参考文献19

第二章 中国通量观测研究网络的设计与运行机制26

第一节 设计的目的和目标26

一、背景与意义26

二、研究目标与内容28

第二节 研究网络的设计思路与空间布局29

一、欧亚大陆的气候、植被格局与陆地样带29

二、中国植被格局与陆地样带31

三、ChinaFLUX设计思路与原则33

四、ChinaFLUX观测站点的空间布局35

第三节 通量观测系统的设计37

一、主要仪器设备37

二、各站的观测内容与方法45

三、各台站的主要仪器配置46

第四节ChinaFLUX的运行管理机制47

一、运行管理机制47

二、观测数据与成果共享机制48

第五节ChinaFLUX的发展思路与战略布局50

一、典型生态系统通量的联网观测与陆地样带研究相结合合理布局和增加观测站点的数量50

二、有效组织多尺度、多过程、多途径、多学科的综合观测计划51

三、重点开展生态系统的水、碳、氮循环过程机理及其耦合关系的集成性研究52

四、加强数据管理和共享开展数据分析与模型对比实验53

五、加强与国际通量观测研究网络的合作53

参考文献54

第三章 中国陆地生态系统通量观测研究网络的观测方法与技术规范56

第一节 涡度相关通量与气象要素的观测与仪器标定56

一、通量观测系统和微气象观测系统的安装与调试56

二、涡度相关观测数据的采集与保存61

三、观测系统的运行与日常保养61

四、通量观测仪器的标定方法63

五、微气象观测系统的野外质量控制简易方法66

第二节 研究区域植被和土壤空间分布特征的调查与制图67

一、植被空间分布调查68

二、土壤有机碳储量和理化性质空间分布的调查71

第三节 生态系统生理生态要素的动态观测73

一、生态系统生理生态要素的动态观测概述73

二、植物光合、蒸腾作用和气孔导度的测定74

三、物候期、病虫害和自然灾害观测77

四、生物量的测定78

五、植物营养元素及土壤水分和养分含量的测定80

六、叶面积指数的动态测定82

七、凋落物的动态测定87

第四节 生态系统呼吸组分的测定87

一、生态系统呼吸组分的测定方法概述88

二、土壤呼吸测定技术89

三、土壤呼吸组分的拆分方法94

四、植物叶片和树干呼吸的测定97

第五节 生态系统的稳定同位素通量观测98

一、稳定同位素通量观测技术及其应用98

二、通量观测中稳定同位素测定的采样系统99

三、稳定同位素的全自动测定系统101

第六节 生态系统变化的卫星遥感地面信息观测103

一、遥感观测在生态系统通量评价中的作用103

二、卫星遥感的数据资源及其特征107

三、地面通量与遥感联合观测系统109

四、像元尺度遥感数据的地面验证110

第七节 服务于生态系统碳和水循环研究的其他观测115

一、大气粉尘和营养物质的干湿沉降观测115

二、土壤生物和植物固氮量的观测117

三、土壤有机碳形态及其周转速率的测定119

四、植物根系生长和周转过程测定122

五、土壤微生物区系和功能群的动态测定123

六、生态系统营养分库的生物化学计量学测定125

七、生态系统水文参数的测定126

参考文献129

第四章 中国陆地生态系统通量的观测理论和方法研究135

第一节 生态系统二氧化碳和水热通量的观测理论136

一、通量观测有效性需要考虑的主要过程及误差类型136

二、二氧化碳和水热通量数据的质量控制与评价体系136

第二节 二氧化碳和水热通量观测系统的性能评价139

一、开路和闭路涡度相关系统仪器高频响应特征139

二、开路与闭路涡度相关系统的对比分析140

三、开路涡度相关系统与常规气象系统的对比分析141

四、频率响应衰减的校正142

第三节 平均周期的选择和低频通量贡献的研究143

一、确定平均周期的简易方法143

二、确定平均周期参数范围的归一化比值方法144

三、不同平均周期对通量计算的影响144

第四节 倾斜校正途径的研究148

一、倾斜校正的途径148

二、不同倾斜校正方法的对比分析149

三、三种旋转方法校正后的通量比较153

第五节WPL校正和通量储存效应的研究154

一、WPL校正对通量计算的影响154

二、植被冠层的通量储存效应154

第六节 夜间通量数据处理方法研究156

一、夜间湍流通量测定的低估现象156

二、夜间数据处理的一般流程157

三、u临界值的确定方法158

四、夜间通量低估的可能原因160

五、强风条件下净二氧化碳交换通量的上界摩擦风速修正及其影响161

第七节 能量平衡闭合的评价162

一、能量平衡闭合的评价途径162

二、OLS, RMA线性回归分析与能量平衡比率EBR163

三、能量平衡相对残差8的频率分布164

四、能量平衡闭合程度的日变化165

五、能量平衡闭合程度的季节变化166

六、能量不闭合的可能原因167

第八节 生态系统二氧化碳和水热通量数据质量的控制体系168

一、稳态与非稳态的大气湍流特征168

二、大气湍流方差相似性关系170

第九节 缺失数据的插补方法172

一、通量观测站缺失数据插补策略172

二、几种数据插补方法的比较174

第十节 通量观测数据的空间代表性176

一、影响通量贡献区的因素177

二、通量贡献最大的点180

三、源权重函数最小的点182

四、通量贡献区的大小182

五、观测数据的空间代表性182

参考文献183

第五章 中国通量观测研究网络的数据-模型融合技术体系190

第一节 碳循环研究中模型-数据融合研究的国内外进展190

一、模型-数据融合方法的进展190

二、碳循环中的模型-数据融合系统的组成192

三、模型-数据融合方法分类194

四、陆地生态系统碳循环研究中的模型与数据196

第二节 中国通量网的模型-数据融合系统构建与框架199

一、生态系统尺度的模型-数据融合系统199

二、区域尺度的模型-数据融合系统202

第三节ChinaFLUX数据管理信息系统与数据规范202

一、ChinaFLUX-DIS数据管理信息系统的设计202

二、ChinaFLUX-DIS数据发布系统功能206

三、ChinaFLUX数据规范207

第四节ChinaFLUX通量数据处理系统的开发213

一、实时数据处理214

二、非实时数据处理214

参考文献214

第六章 中国典型陆地生态系统碳通量的时空变异与环境控制机制218

第一节 生态系统通量观测站气象环境变化特征219

一、森林生态系统观测站219

二、草地生态系统通量观测站222

第二节 中国主要陆地生态系统碳通量的季节和年际变化224

一、不同生态系统NEE的季节变化模式224

二、不同生态系统NEE的差异227

第三节 净生态系统碳交换的环境控制机理228

一、光强对净生态系统碳交换的控制作用229

二、温度对净生态系统碳交换的控制作用234

三、水分对净生态系统碳交换的影响237

第四节 温度和水分对生态系统呼吸的影响241

一、生态系统呼吸对温度的响应241

二、水分对生态系统呼吸的影响245

三、脉冲式降雨对草地生态系统呼吸的影响248

第五节 中国区域通量的时空格局的初步分析251

一、中国主要陆地生态系统碳收支的初步评价251

二、中国区域陆地生态系统碳通量的空间格局253

三、中国区域陆地生态系统碳通量的环境控制机制254

参考文献255

第七章 中国典型生态系统的碳、水通量模拟模型及其尺度转换方法261

第一节 生态系统碳、水通量模型概述261

一、生态系统通量模型研究概述261

二、ChinaFLUX的通量模型研究的主要进展262

第二节 冠层尺度的SMPT-SB模型的开发及其应用263

一、SMPT-SB模型的理论框架及其参数化方案263

二、冠层尺度的SMPT-SB模型的开发267

第三节 农田生态系统水热与二氧化碳通量的日变化模拟模型272

一、光合-蒸散耦合模型的描述272

二、模型模拟的验证与敏感性分析281

第四节 生态系统过程机理模型的引进与改良286

一、BEPS模型的改良及其应用286

二、CEVSA模型的改进及模型评价292

三、EALCO模型的参数化及其验证297

第五节 遥感模型的开发与模型的评价306

一、EPPML模型的建立及其应用评价306

二、VPM模型在高寒草地生态系统中的应用308

第六节 陆地生态系统碳通量尺度扩展方法研究315

一、两种生态系统GPP尺度扩展方法的对比分析315

二、图层空间分辨率对生态系统GPP尺度扩展的影响318

参考文献322

第八章 长白山温带红松针阔叶混交林生态系统通量观测研究328

第一节 观测站的土壤、植被与气候特征328

一、长白山地区自然概况328

二、长白山阔叶红松林329

第二节 生态系统通量与碳循环综合观测系统332

一、涡度相关仪器系统332

二、二氧化碳浓度廓线系统333

三、微气象观测系统334

四、其他辅助观测系统（项目）334

第三节 长白山通量站环境与生物变化特征335

一、水分环境特征335

二、太阳辐射336

三、辐射环境特征339

四、叶面积指数变化特征339

第四节 生态系统二氧化碳通量的变化特征341

一、林内二氧化碳浓度变化特征341

二、二氧化碳通量变化特征345

第五节 生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制349

一、影响森林二氧化碳通量的主要气象要素349

二、光合有效辐射对白天二氧化碳通量的影响350

三、土壤温度对生态系统呼吸的影响351

四、空气饱和差对生态系统白天二氧化碳通量的影响352

五、日平均气温对二氧化碳净交换量的影响353

第六节 土壤与生物过程对二氧化碳通量的影响354

一、土壤呼吸354

二、倒木呼吸356

三、叶面积动态与二氧化碳通量360

第七节 长白山阔叶红松林生态系统碳汇功能361

一、二氧化碳收支的季节与年际变化361

二、讨论363

参考文献364

第九章 千烟洲中亚热带红壤丘陵人工林生态系统通量观测研究368

第一节 千烟洲观测站的土壤、植被与气候特征368

一、千烟洲试验站土壤特征368

二、千烟洲试验站植被特征371

三、千烟洲试验站气候特征373

第二节 生态系统通量与碳循环综合观测系统377

一、通量塔与周边环境377

二、通量观测系统378

三、二氧化碳廓线观测系统380

四、常规气象观测系统380

五、静态箱-气相色谱法观测系统381

六、其他辅助观测系统382

第三节 生态系统二氧化碳通量的变化特征384

一、生态系统二氧化碳交换量的定义384

二、数据处理385

三、人工林生态系统碳通量的日变化特征387

四、生态系统碳通量的季节变化特征389

第四节 生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制391

一、日尺度生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制391

二、月尺度生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制394

三、与同纬度地区生态系统碳收支的对比397

第五节 土壤对碳通量的影响398

一、土壤呼吸对人工林生态系统呼吸的贡献398

二、土壤环境因子对生态系统净碳交换量的影响399

三、凋落物、土壤温度与土壤水分对土壤呼吸的影响402

第六节 生物过程对二氧化碳通量的影响及碳储量估算405

一、生物量和碳储量的测定方法405

二、主要建群种各组分含碳率分析406

三、人工林生态系统植被碳储量及其变异特点407

四、人工林生态系统土壤碳密度及其变化410

五、人工针叶林总碳储量分布及其动态变化412

参考文献412

第十章 鼎湖山南亚热带典型常绿阔叶林生态系统通量观测研究417

第一节 鼎湖山土壤、森林植被与气候特征417

一、鼎湖山附近环境的形成背景417

二、气候状况418

三、土壤特征419

四、植被特征420

第二节 森林生态系统碳通量与碳循环综合观测系统423

一、涡度相关通量和微气相要素、观测系统423

二、地表碳通量静态箱-气相色谱观测系统424

三、生产力估算法426

第三节 鼎湖山森林生态系统能量平衡的分析427

一、鼎湖山地区的光合有效辐射427

二、森林生态系统的能量平衡状况428

三、湍流能量和有效能量的日变化特征430

四、影响能量平衡的因素432

五、鼎湖山森林生态系统能量平衡特征436

第四节 鼎湖山针阔叶混交林生态系统二氧化碳通量变化特征437

一、生态系统呼吸量估算模型437

二、生态系统呼吸量估算440

三、针阔叶混交林生态系统二氧化碳通量的变化特征442

第五节 鼎湖山针阔叶混交林生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制446

一、鼎湖山地区常规气相要素季节变化446

二、NEE对光合有效辐射（PAR）的响应特征447

三、温度对生态系统二氧化碳通量的影响449

四、摩擦风速阈值的界定对系统二氧化碳通量的影响449

第六节 土壤与生物过程对森林生态系统二氧化碳通量的影响451

一、土壤过程与生态系统二氧化碳通量的关系451

二、生物过程对森林生态系统二氧化碳通量的影响454

第七节 鼎湖山森林生态系统的碳汇功能460

参考文献462

第十一章 西双版纳热带季节雨林通量观测研究467

第一节 热带季节雨林通量观测站背景特征468

一、植物群落特征468

二、气候特征469

三、土壤特征470

四、植被碳储量特征471

第二节 生态系统通量与碳循环综合观测系统471

一、微气象观测系统471

二、静态一箱式法观测系统475

三、其他观测项目476

第三节 热带季节雨林生态系统二氧化碳通量变化特征477

一、热带季节雨林林冠二氧化碳通量日变化特征477

二、热带季节雨林二氧化碳通量年变化特征478

三、地表二氧化碳通量（土壤呼吸）特征480

第四节 影响生态系统二氧化碳通量变化的环境因子484

一、太阳辐射和风速484

二、热量状况486

三、水湿分布特征492

四、林冠上方层结稳定度495

五、林冠上二氧化碳浓度及水汽浓度的时间变化500

六、热带季节雨林树木光合速率日变化502

第五节 土壤与生物过程对生态系统二氧化碳通量的影响503

一、热带季节雨林土壤呼吸的日、季节变化503

二、林冠二氧化碳通量日变化与林内土壤二氧化碳通量日变化关系504

三、热带季节雨林二氧化碳通量与树木光合速率的关系506

四、夜间树木暗呼吸对热带季节雨林二氧化碳通量的影响508

五、叶面积指数年变化509

六、光合有效辐射对热带季节雨林二氧化碳通量的影响511

七、热带季节雨林凋落物量的年变化和分解动态512

八、热带季节雨林二氧化碳通量与环境要素的关系513

九、各通量季节平均比较516

第六节 热带雨林的碳汇、碳源功能及其环境效应516

一、小气候要素的时间动态特征519

二、林冠上二氧化碳浓度特征520

三、林冠上风速及稳定状况520

四、热带季节雨林林冠二氧化碳通量特征及其影响因子522

参考文献524

第十二章 禹城华北平原暖温带半湿润旱作农田生态系统碳通量观测研究529

第一节 华北平原概况529

第二节 实验观测与数据处理530

一、实验地点概况530

二、密闭箱法观测531

三、涡度相关与微气象梯度观测532

四、涡度相关数据处理532

五、生物和土壤因子观测533

第三节 二氧化碳通量测定方法比较533

一、明箱法测定二氧化碳通量的校正534

二、农田二氧化碳通量测定的涡度相关法与明箱法比较535

第四节 华北平原农田生态系统碳交换及其环境调控机制539

一、气候、土壤和植被539

二、土壤和植被碳储存541

三、净碳交换量的日变化542

四、净碳交换量的季节变化543

五、生态系统年尺度的碳平衡546

六、NEE与环境因子的关系547

七、饱和差（VPD）和温度对NEE-PAR关系的影响550

第五节 人工神经网络在农田生态系统通量研究中的应用551

一、概述551

二、基本原理553

三、神经网络模型及其建立556

四、敏感性分析560

五、小结560

第六节 结论与展望563

参考文献564

第十三章 内蒙古典型羊草草原生态系统通量观测研究570

第一节 观测站的土壤、植被与气候特征570

一、位置、地形和地貌570

二、气温与降水571

三、土壤和植被572

第二节 生态系统碳通量与碳循环综合观测系统573

一、涡度相关通量观测和常规气象观测系统573

二、植被生理指标的测定574

三、数据处理与分析575

第三节 生态系统二氧化碳通量的变化特征575

一、生态系统碳通量的日变化特征575

二、生态系统碳通量的季节变化特征577

第四节 生态系统二氧化碳通量变化的气象环境控制机制578

一、温度579

二、降雨和土壤含水量580

三、光照583

四、饱和水汽压差和土壤含水量585

第五节 生物过程与土壤温度对二氧化碳通量的影响588

一、生物过程对二氧化碳通量的影响588

二、土壤温度对夜间二氧化碳通量的影响590

第六节 生态系统的碳汇功能及其环境效应591

一、生态系统呼吸和总生态系统交换的日变化特征591

二、生态系统呼吸和总生态系统交换的季节变化592

三、生态系统碳源、碳汇功能评价594

参考文献594

第十四章 海北青藏高原高寒草甸生态系统通量观测研究597

第一节 观测站气候、土壤与植被的基本特征597

一、气候597

二、土壤600

三、植被601

第二节 生态系统碳通量与碳循环综合观测系统607

一、仪器布局及测定参数607

二、高寒草甸地区的能量平衡609

三、高寒草甸植被净初级生产力及对土壤碳素的输入状况612

第三节 生态系统二氧化碳通量（NEE）的变化特征617

一、NEE的日变化617

二、NEE的季节变化620

三、NEE最大交换量622

第四节NEE变化的气象环境控制机制623

一、土壤温度和水分对NEE的影响623

二、光合有效辐射（PAR）与二氧化碳的交换量关系625

三、昼夜温差与NEE的关系625

四、植被反射率与NEE的关系626

五、积雪对NEE的影响627

六、降水对NEE的影响629

第五节 土壤与生物过程对二氧化碳通量的影响629

一、土壤呼吸二氧化碳释放速率日变化特征630

二、土壤呼吸季节变化特征631

第六节 结论与展望632

参考文献633

第十五章 当雄青藏高原草原化高寒草甸生态系统通量观测研究635

第一节 当雄草原碳通量观测站环境背景特征636

一、位置、地形和地貌636

二、气候特征636

三、植被特征637

四、土壤特征637

第二节 通量和生物环境因子观测及数据处理637

一、数据采集和生物环境因子观测637

二、数据处理方法640

第三节 碳通量观测场的生物及环境变化特征641

一、小气候的季节动态及年际变化特征641

二、生物因子动态变化特征648

三、土壤有机碳含量垂直分布和碳密度652

第四节 生态系统二氧化碳通量的变化特征652

一、生态系统二氧化碳交换通量的日变化特征652

二、高寒草甸生态系统碳通量的季节变化特征654

三、生态系统碳通量（NEE）的年际变化特征656

第五节 生态系统NEE变化的主要影响因子657

一、PAR日变化节律对NEE的影响657

二、不同物候期LAI对NEE响应和PAR变化的影响658

三、昼夜温差对生态系统NEE的影响660

四、非生长季NEE与主要环境因子的关系660

第六节 生态系统呼吸及土壤呼吸变化的影响因子661

一、生态系统呼吸的主要影响因子661

二、生长季土壤呼吸及其影响因子664

三、生长季土壤微生物异养呼吸668

四、根系呼吸及其占土壤呼吸的比例670

第七节 生态系统碳平衡及碳源、碳汇关系671

第八节 讨论672

第九节 结论673

参考文献674