基于羰基硫通量的中国东部典型森林生态系统生产力模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王鹏远 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 王绍强 |
| 关键词 | 羰基硫 (COS) 通量 总初级生产力 (GPP) SiB 模型 中国东部湿润带 典型森林生态系统 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 在全球温室气体排放加速的背景下，陆地生态系统碳循环对气候和土地覆盖变化、极端气候事件的响应成为全球普遍关注的科学问题，生态系统总初级生产力 (GPP) 是陆地生态系统碳循环的驱动要素。整合观测、模拟和预测等手段实现GPP 的精准评价，是碳循环研究的重要基础，在GPP 的长期定位观测和模拟研究中，GPP 的评价精度受到净生态系统CO2 交换量 (NEE) 拆分方法的限制，羰基硫 (COS) 是植物光合作用中的痕量示踪气体，由于植物呼吸中不释放COS，COS 通量成为GPP 的直接指示计。国际上，美国、欧洲和以色列等国家和地区的通量观测网络研究中开展了基于涡度相关的COS 通量长期定位观测，发展了通过简单生物圈 (SiB) 模型等陆面过程模型模拟COS 通量，以及基于COS 通量监测GPP 的重要参数—COS 与CO2 的叶片相对吸收率 (LRU) 的新方法，研究表明基于COS通量的GPP观测精度优于传统NEE拆分方法。利用COS通量监测我国陆地生态系统主要碳汇功能区的GPP，解释该方法在我国应用中的关键生理生态参数、调控机制和过程与格局，是生态系统网络观测与模拟和植被生产力监测领域中亟待开展的重要方向。为解决上述问题，学位论文中开展的主要研究和取得的主要结论如下：(1) 植被光合作用中COS 通量与碳交换过程的耦合效应和调控过程来看：全球主要生态系统LRU 调控机制的Meta 分析表明，在昼夜动态过程中，气孔调控了冠层COS 通量，其中，水分胁迫等环境因子在非湿润植被的COS 通量和碳交换过程中发挥了重要作用。随着光照强度增大，在气孔行为、酶活性和冠层气体条件的协同调控下，冠层COS 通量总体上发生了“气孔开放条件下受抑制—达到饱和点—气孔关闭条件下受抑制”等三步响应过程。(2) 从利用COS 通量模拟中国东部典型森林生态系统GPP 的有效性来看：整合ChinaFlux 观测的常通量层微气象条件和SiB 模型模拟冠层COS 通量，以及通过概念函数拟合的LRU，在小时步长上，能够有效监测2003～2010 年间亚热带常绿阔叶林 (鼎湖山)、亚热带常绿针叶林 (千烟洲) 非旺盛生长及和温带落叶阔叶林 (长白山) 全年的GPP。亚热带森林旺盛生长季中SiB 模型低估的冠层COS 通量约为实际值的1/3 左右，较低胞间CO2浓度中的CA 酶活性与最大羧化速率 (Vmax) 的关联参数α限制、硬叶林在高辐射条件下的保护机制对入射光合有效辐射分量 ( PAR) 的调控过程、林下和层间C4植物对冠层气体交换量的贡献对LRU 的调控致了该时段基于COS 通量监测GPP 的误差。(3) 从中国东部典型森林生态系统COS 通量的动态特征及其与GPP 的关联机制来看：整合SiB 模型模拟的COS 通量和Ball-Berry 模型优化的半经验LRU 监测上述典型台站GPP 表明，尽管光合作用中GPP 与气孔导度的关系最为显著，由于SiB 模型低估了低光照时段的GPP，导致该时段Vmax 显著高于预期和胞间CO2浓度高于叶片边界层，Ball-Berry 模型模拟和LRU 反演的有效气孔导度的斜率参数 (m) 和胞间COS 导度 ( i,COS) 等参数一致性较低，制约了理论上COS 通量与GPP 间LRU 优化模拟的有效性。尽管国际上普遍认为PAR 显著调控了强辐射条件下冠层顶部的LRU，本研究仅证实了鼎湖山站夏秋季和长白山站春季COS通量与GPP 间的LRU，以及千烟洲站夏季和长白山站春季COS 通量与NEE间的LRU 与PAR 的显著性关系。本研究中LRU 优化的有效性较高和目前研究中普遍采用的COS 通量与NEE间的表观LRU 表明，基于多尺度导度参数优化的LRU 中，扩散通路导度优化的方法能够提高生长季LRU 的归一化程度，与NEE 拆分方法监测的GPP 相比较， 整合扩散通路导度优化的LRU 对GPP 的监测精度高于冠层导度；同时，在弱辐射和强光胁迫导致的气孔关闭诱导的胞间CO2 富集条件下，基于胞间-边界层CO2 浓度梯度优化的LRU 监测GPP 的有效性存在差异。整合SiB 和ORCHIDEE 模型模拟的月步长COS 通量和P 模型优化的LRU模拟的全球2010 年月步长GPP 的0.05°格网表明，与典型台站基于NEE 拆分估算的GPP、基于常通量层微气象条件模拟的COS 通量和LRU 的概念函数拟合的LRU 监测的最大值月GPP 相比较，上述模型中通过COS 通量监测的GPP精度高于传统CO2 方法。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 216 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199843]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王鹏远. 基于羰基硫通量的中国东部典型森林生态系统生产力模拟研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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