复杂环境下热带季节雨林通量测定的能量透视

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高大浓密的冠层、丰富多样的物种、复杂的生境以及强大的环境影响力,加之其缓解变暖的突出作用,热带雨林成为了气候变化领域研究的热点区域。深入了解和明确生态系统的物质能量交换过程及其通量大小对于气候变化的研究至关重要。涡度协方差技术是目前生态系统尺度直接测量通量和能量最可靠的方法,但该设备容易受到外界环境因素干扰,进而影响观测结果。从热力学第一定律出发,能量收支闭合度可以在一定程度上反映通量监测结果的精确度,也可为模型验证以及其他大尺度数据的验证分析提供支撑。西双版纳热带季节雨林位于马来西亚热带雨林群系的北缘,是处于热带雨林和亚热带森林之间的一种过渡性森林类群。在这些森林的分布区域,植被分布的镶嵌性,地形的破碎化和起伏多变,再辅以静风环境导致的低湍流交换强度,为在该区域开展通量监测带来了极大的挑战。我们基于该区域的实测数据,从能量收支和闭合度的角度,来透视涡度通量监测。在详细了解能量收支和闭合度变化格局的基础上,我们试图分析和找出哪些因素在这些格局的形成中扮演重要角色,以及这些因素是如何通过微气象学和生物学过程作用其上。最后,基于涡度通量,我们探究了能量闭合度如何影响蒸散发的估算。本研究分析所使用的数据来自云南省西双版纳州勐腊县补蚌村望天树林上方的涡度协方差系统。主要得到如下结果:(1)基于能量平衡比率以及线性回归法,得到该森林的平均能量闭合度在65%左右。该数值明显低于全球陆地生态系统通量监测中能量闭合度的平均值,是我们目前所知的能量闭合度研究中的极低者。即便与山地地形的涡度通量站点相比较,该闭合度水平也明显偏低。(2)能量闭合度有明显的季节变化格局。整体上,数据显示雨季的能量闭合度水平要明显高于旱季。雨季的某些时段,能量闭合水平可以接近80%,达到全球森林涡度通量站点的平均水平。旱季,特别是雾凉季期间,能量闭合度仅55%左右。这种能量闭合度的季节动态,与气温的季节构形最为相似。(3)湍流强度是影响能量闭合度最主要的因素。能量闭合度随着大气稳定度水平和摩擦风速变化而规律性变化。随着摩擦风速的增强,能量闭合度不断上升,最终稳定在80%左右。也就是说,即使在湍流发育十分充分的时段,仍有20%左右的不闭合能量无法得到解释。考虑冠层空气和土壤中的能量储量,并不能明显的改善能量闭合度水平,其贡献率不超过2%。(4)能量闭合度偏低不但明显影响了蒸散发的估算数值,同时还会影响蒸散发的季节变化格局。整体上,在雨季,蒸散发被低估的部分较少;而干热季和雾凉季有大量蒸散发被低估。此外,通过能量闭合度校正后的蒸散发数值,季节性被减弱。未开展能量闭合度校正则表现出了强烈的季节变化动态。
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