城市下垫面二氧化碳通量足迹分析

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全球变化背景下,CO2通量研究为国内外学者所关注。研究内容和研究尺度多样,从下垫面均一生态系统到下垫面复杂生态系统,从CO2通量时间动态特征到CO2通量空间动态特征,从CO2通量源区范围到CO2通量足迹贡献等。碳通量研究不仅为碳循环研究作出贡献,也为碳管理相关政策的实施提供依据。城市下垫面复杂,如何基于复杂下垫面系统的碳通量特征,探讨城市植被管理对碳通量特征的影响,会对低碳城市建设的城市管理提供科学的依据。鉴于此,本文利用位于上海市奉贤区大学城涡动相关系统的数据展开碳通量时间动态特征的具体分析与研究,并基于下垫面的空间差异性,使用Art FootprintTool模型探讨了不同下垫面覆被类型的CO2通量足迹及其贡献率,并就管理差异对CO2通量的影响进行了相关性研究,具体结论包括:(1)研究期间的CO2通量在不同季节,不同月份,不同日均呈现出一定的规律性变化。全年CO2通量主要集中于-10μmolm-2s-1-7μmolm-2s-1之间且每天表现为碳汇的通量点多于表现为碳源的通量点;典型季节性变化图呈现双峰单谷现象,波谷在10:00-13:00之间,两波峰在0:00-8:00和17:00-24:00之间;夏季碳汇值最大为-13.4μmolm-2s-1,冬季碳源值最大为7.5μmolm-2s-1;典型月变化图中7月份的碳汇强度最大,为-16.4μmolm-2s-1;1月份的碳源强度最大,为10.7μmolm-2s-1;7月日较差最大为11.4μmolm-2s-1,12月日较差最小为3.1μmolm-2s-1;典型日的CO2通量变化特征图夏季的碳汇时间长于冬季,碳汇时间平均7h。(2)研究期间全年盛行风向风速,生长期盛行风向风速和非生长期盛行风向风速表现各异。全年盛行风向为南风与东南风,东风次之,北风较少,西风几近没有,主风向在整个研究区域占比54%,非主风向占比46%;无论是主风向还是非主风向,风速在2-4m/s间的百分比最大,且主风向百分比大于非主风向。生长季盛行东风和东南风,最大风速可达7m/s,其中2-3m/s风速频率最大;非生长季盛行西北风,最大风速可达9m/s,其中3-4m/s风速频率最大。(3)研究期间不同下垫面类型的通量源区及通量贡献率表现不同。通量源区为距观测站850m的圆形区域,内有7种建筑物类型,其通量贡献率从小到大依次为:科技馆<室内篮球馆<实验室<图书馆<教学楼<宿舍楼<餐厅,其中餐厅碳通量贡献率是科技馆碳通量贡献率的200多倍;内有9条主干路,4条次干路和6条支路,且9条主干路的通量贡献率与道路面积整体呈现正相关,道路面积<8000m2时的通量贡献率增长率大于道路面积>8000m2时的通量贡献率增长率,其平均通量贡献率为12.4%,单位面积平均通量贡献率是16.8%;生长季和非生长季在大气稳定状态下的源区范围远大于大气不稳定状态下的源区范围;大气稳定或大气不稳定状态下的迎风风向和垂直风向情况均表现一致,大气稳定状态下,生长季迎风风向源区范围<非生长季迎风风向源区范围,生长季垂直风向源区范围>非生长季垂直风向源区范围;大气不稳定状态下,生长季迎风风向源区范围<非生长季迎风风向源区范围,生长季垂直风向源区范围>非生长季垂直风向源区范围。(4)不同人为管理下的CO2通量源汇有所差异。无人管理植被区域始终表现为碳汇,且随着面积的增加呈现出碳汇增强的现象;有人管理植被区域呈现出倒“V”形,面积小于3000m2的植被区域表现为碳汇,面积大于3000m2时表现为碳源,在面积等于8000 m2时开始表现为碳源强度减弱;其最大CO2通量可达1.5μmolm-2s-1,直至12000m2时又转变为碳汇。
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