数据填补及能量闭合对半干旱区生态系统年净碳交换的影响

Abstract

989-1001 英文引用格式: Du Q, Liu H Z, Feng J W, et al. 2014. Effects of different gap filling methods and land surface energy balance closure on annual net ecosystem exchange in a semiarid area 摘要 基于半干旱区 2 种不同下垫面(草地和旱作农田)2005 和 2008 年涡动相关法取得 的通量资料, 分析了数据填补、能量收支闭合率以及摩擦风速(u*)阈值等对生态系统年净 碳交换的影响. 通过加入 4 种不同长度的人工空缺(空缺长度从 0.5 h~12 d), 比较了平均日 变化法(MDV)、边缘分布抽样法(MDS)和非线性回归法等 6 种填补方法的填补效果. 结果 表明, MDS 的整体表现最好, 特别是对长空缺的填补效果优于其他方法, 估算的年 NEE 偏 差在 5 g C m 2 a 1 以内. 非线性回归法估算的夜间 NEE 具有较大的正偏差, 表明非线性回 归法估算的夜间生态系统呼吸偏高. 4 种非线性回归法估算的年 NEE 偏差在 8.0~30.8 g C m 2 a 1 . 由于在半干旱区土壤含水量是生态系统碳交换的重要限制因子, 非线性回归 法中综合考虑土壤温度和土壤含水量影响的 Non_linear3 和 Non_linear4 表现较好. MDV 对 白天 NEE 空缺的填补优于夜间, 估算的年 NEE 偏差在−2.6~−13.4 g C m 2 a 1 . 总体上, 数 据填补的精确度受下垫面类型、空缺长度以及空缺出现时间(白天、晚上)影响. 2 个观测站 点的能量收支闭合率在 80%左右. 能量收支闭合率受湍流强度影响显著; 当夜间摩擦风速 较低时, 湍流混合不充分, 能量收支闭合率也较低. 生态系统在某个风向的累积通量印痕 较大时, 有效能量和湍流通量源区的不匹配造成这一风向上的能量收支闭合率也较低. 通 过假设能量收支不闭合全部由感热通量和潜热通量的低估引起, 评估了能量闭合订正对 生态系统 CO 2 通量的影响. 结果表明经过订正后的草地、农田的年净碳交换量平均增加近 10 g C m 2 a 1 . 此外当 u*阈值从 0.1 增加到 0.2 m s 1 , 年净碳交换平均增加 37.5 g C m 2 a 1 , 这表明 u*阈值的设定对生态系统的年净碳交换影响较大. 关键词 半干旱区 碳交换 涡动相关法 数据填补 能量收支闭合率 生态系统净碳交换(net ecosystem exchange, NEE) 是全球碳循环的重要组成部分(Hui 等, 2004). 20 世纪 90 年代起, 涡动相关法开始广泛应用于全球陆地生 态系统植被与大气间的 CO 2 、 水汽及能量通量的直接