全 文 ：第 wu卷 第 |期
u s s y年 | 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wu o‘²1|
≥ ³¨qou s s y
非生长季长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 通量特征 3
吴家兵t ou 关德新t 施婷婷t 韩士杰t 于贵瑞v 孙晓敏v
kt1 中国科学院沈阳应用生态研究所 沈阳 ttssty ~ u1 中国科学院研究生院 北京 tsssw| ~
v1 中国科学院地理科学与资源研究所 北京 tsststl
摘 要 } 采用开路式涡度相关系统对长白山红松针阔叶混交林非生长季的 ≤’u 通量特征进行连续监测 ∀结果显
示 }非生长季 ≤’u 通量变动范围为 p s1v ∗ s1x °ª#°pu¶pt ~秋末与初春均为显著的释放过程 o虽然气温低于生物学
最低温度 o但在晴朗的午间 o森林仍有数小时表现为碳汇的特征 ~在冬季覆雪状态下 o森林存在微弱的相对恒定的
≤’u 释放 o在融雪阶段有一释放高峰 ~土壤温度高于 s ε 时 o净生态系统碳交换量与 x ¦°深土壤温度呈指数相关变
化 ∀观测期间kt|s §l o长白山红松针阔叶混交林净碳交换量为 tuz ª ≤#°pu o整体表现为一定强度的碳释放 ∀
关键词 } 阔叶红松林 ~≤’u 通量 ~涡度相关法 ~碳收支
中图分类号 }≥zt{1x 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyls| p ssst p sy
收稿日期 }ussx p sw p u{ ∀
基金项目 }国家自然科学基金资助项目kvsvzsu|vl ~中国科学院知识创新工程重大项目kŽ≤÷t p ≥• p st p stl ~中国科学院沈阳应用生态
研究所领域前沿项目 ∀
3 关德新为通讯作者 ∀
Νον2γροωινγ Σεασονσ ΧΟu Φλυξ οφ α Βροαδpλεαϖεδ Κορεαν Πινε Φορεστ ιν Χηανγβαι Μουνταιν
• ∏¬¤¥¬±ªtou Š∏¤± ⁄¨ ¬¬±t ≥«¬×¬±ª·¬±ªt ‹¤± ≥«¬­¬¨t ≠∏Š∏¬µ∏¬v ≥∏± ÷¬¤²°¬±v
kt1 Ινστιτυτε οφ Αππλιεδ Εχολογψo Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Σηενψανγ ttssty ~ u1 Γραδυατε σχηοολοφ Χηινεσε Αχαδεµψοφ
Σχιενχεσ Βειϕινγ tsssw| ~ v1 Ινστιτυτε οφ Γεογραπηιχ Σχιενχεσ ανδ Νατυραλ Ρεσεαρχη o Χηινεσε Αχαδεµψοφ Σχιενχεσ Βειϕινγ tsststl
Αβστραχτ} „¶³¤µ·²©≤«¬±¤ƒ˜÷ ³µ²ªµ¤°o≤’u ©¯∏¬¨¶º¨ µ¨ °¨ ¤¶∏µ¨§¦²±·¬±∏²∏¶¯¼ ¥¼ ¤± ²³¨ ±2³¤·« §¨§¼ ¦²√¤µ¬¤±¦¨ ¶¼¶·¨°
²√¨ µ¤¥µ²¤§p¯ ¤¨√¨ §Ž²µ¨¤± °¬±¨ ©²µ¨¶·¬± ±²µ·«¨¤¶·¨µ± ≤«¬±¤o§∏µ¬±ª·«¨ ±²±2ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±¶q׫¨ ≤’u ©¯∏¬¥¨·º¨ ±¨©²µ¨¶·¤±§
¤·°²¶³«¨µ¨ µ¤±ª¨§©µ²° p s1v·²s1x °ª#°pu¶p t §∏µ¬±ª·«¨ ²¥¶¨µ√¤·¬²±¤¯ §¤¼¶oº¬·« °²¶·³²¶¬·¬√¨ ©¯∏¬¨¶²¦¦∏µµ¨§¬±·«¨ ¤¯·¨
¤∏·∏°± ¤±§·«¨ ¤¨µ¯¼¶³µ¬±ªq׫²∏ª«·«¨ ¤¬µ·¨°³¨µ¤·∏µ¨ º¤¶¯ ²º¨ µ·«¤±x ε o·«¨ ¶·∏§¬¨§©²µ¨¶·¶·¬¯¯ ¶«²º¨ §¤¦¯¨ ¤µ¨ √¬§¨±¦¨ ²©
¦¤µ¥²± ¤¶¶¬°¬¯¤·¬²±©²µ¶¨√¨ µ¤¯ «²∏µ¶¤·±²²± ²© ¤¯·¨ ¤∏·∏°±q • «¨ ± ¦²√¨ µ¨§¥¼¶±²º o·«¨ ©¨©¯∏¬²©≤’u ©µ²°©²µ¨¶·º¤¶ ²¯º ¤±§
º¬·«¤¦²±¶·¤±·µ¤·¨o º«¨µ¨¤¶·«¨µ¨ º¤¶¤ ³¨¤® ²© ≤’u ©¨©¯∏¬ §∏µ¬±ª¶±²º2°¨ ·¯³¨µ¬²§q ׫¨ ±¨· ¦¨²¶¼¶·¨° ¦¤µ¥²± ¬¨¦«¤±ª¨
k‘∞∞l ¶«²º¨ §¤± ¬¨³²±¨ ±·¬¤¯ µ¨ªµ¨¶¶¬²±µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³º¬·«x ¦° §¨³·«¶²¬¯·¨°³¨µ¤·∏µ¨ º«¨ ±·«¨ ¤¯·¨µº¤¶¤¥²√¨ s ε q׫¨ ·²·¤¯
‘∞∞ º¤¶tuz ª ≤# °pu ¬± t|s ²¥¶¨µ√¤·¬²±¤¯ §¤¼¶o º«¬¦«¬±§¬¦¤·¨§·«¤··«¨ ¥µ²¤§p¯ ¤¨√¨ § Ž²µ¨¤± °¬±¨ ©²µ¨¶·²© ≤«¤±ª¥¤¬
²∏±·¤¬± º¤¶©∏±¦·¬²±¬±ª¤¶¤ °²§¨µ¤·¨ ¦¤µ¥²±¶²∏µ¦¨ ²∏·¶¬§¨ ·«¨ ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±q
Κεψ ωορδσ} ¥µ²¤§p¯ ¤¨√¨ §¤±§Ž²µ¨¤± °¬±¨ ©²µ¨¶·~≤’u ©¯∏¬~ §¨§¼ ¦²√¤µ¬¤±¦¨ °¨ ·«²§~¦¤µ¥²± ¥∏§ª¨·
森林是陆地生态系统的主体 o在生长过程中吸收了大量的 ≤’u o并将其长期贮存k徐德应 ot||yl ∀ °²·¨µ
等kt|||l研究发现 o全球陆地生态系统中 wy h的碳贮存在森林中 ot||s ) t||x年由森林生长形成的净碳吸收
量达 s1| °ª#¤pt ∀在全球气候变化的背景下 o对森林生态系统碳收支特征的研究已成为关注的热点k于贵瑞
等 ousstl ∀
目前 o针对生长季森林碳交换特征的研究已有很多k关德新等 oussw ~于贵瑞等 ousswl ∀但在非生长季 o
由于植被 !凋落物及土壤微生物的呼吸作用 o森林通常表现为碳释放 o特别是冬季持续时间较长的寒带及部
分温带森林 o它们在非生长季释放出大量的 ≤’u o很大程度上决定了全年的碳源和碳汇强度kƒ¤¯ª¨ ετ αλ1 o
ussul ∀因此 o研究非生长季森林与大气间的 ≤’u 通量特征 o对准确评价森林生态系统的碳收支状况具有重
要价值 ∀但观测期间受雪 !霜以及低温条件限制 o相关研究开展的很少 ∀
us世纪 {s年代初 o涡度相关法开始应用到森林碳交换研究中k∂ µ¨°¤ ετ αλ1 ot|{yl ∀目前已成为国际上
森林 p大气物质与能量交换研究的主流方法k…¤¯§²¦¦«¬ ετ αλ1 ousstl ∀近年来 o该方法引入我国k黄耀 o
ussul o并以其高精度 !高时间分辨率等优点被广泛地应用到森林 !农田 !草地等生态系统碳收支研究中 ∀本
项研究依托中国通量网k≤«¬±¤ƒ˜÷l o对 ≤’u 通量及其他气象因子进行了长期 !连续的观测 o旨在探明长白
山红松针阔叶混交林这一典型东北森林生态系统在非生长季的碳交换特征 o其结果对评价我国北方森林碳
源或碳汇强度具有重要参考价值 ∀
t 研究地概况
本研究在中国科学院长白山森林生态系统定位站 t号标准地阔叶红松k Πινυσ κοραιενσισl林内进行kwuβ
uwχ ‘otu{βyχ ∞l o海拔 zv{ °∀观测场附近下垫面均质 !平坦 o土壤为山地暗棕色森林土 o主要乔木为红松 !紫
椴k Τιλια αµυρενσισl !蒙古栎k Θυερχυσ µονγολιχαl !水曲柳k Φραξινυσ µανδσηυριχαl !色木槭kΑχερ µονοl等 ∀林分为
复层结构 o平均株高 uy ° o立木株数约 xys株#«°pu ∀
u 研究方法
211 涡度通量观测
观测场建有高 yu °的微气象观测塔 o在观测塔 ws °kt1x倍林冠高l高处的主风方向铰接一支臂 o安装
三维超声风速仪k≤≥„×v o≤¤°³¥¨¯¯ Œ±¦1 o˜≥„l测量垂直风速与空气虚温脉动 ∀ ≤’u 与水汽浓度脉动采用开路
式红外气体分析仪k¬zxss o¬2≤²µo˜≥„l测量 o脉动信号采样频率为 ts ‹½∀所有通量数据通过 ≤• xsss数据
采集器k≤¤°³¥¨¯¯ Œ±¦qo˜≥„l采集 ∀观测日期为 ussu年 ts月 tt日k阔叶树落叶l至 ussv年 w月 us日k植被开
始萌芽l ∀
观测塔配备小气候梯度观测系统 o同步进行气象要素梯度观测 ∀数据采样频率为 u ‹½o≤• ts÷ p ×⁄数
据采集器k≤¤°³¥¨¯¯ Œ±¦1 o˜≥„l每 vs °¬±自动记录平均风速 !温度 !气压 !光合有效辐射等常规气象信息 ∀另
外 o观测塔还配备 ≤’u 浓度 z层ku1x !{ !uu !uy !vu !xs和 ys °l廓线系统k¬{us o¬2≤²µo˜≥„l o进行 ≤’u 浓度梯
度观测 ∀
212 数据处理
u1u1t 涡度通量计算 ≤’u 涡度通量通过垂直风速 ω与 ≤’u 浓度 χ脉动值的协方差ωχχχ计算获得 o上横线
表示单元数据平均 ∀在此 o通量平均化时间为 vs °¬±o正通量值表示 ≤’u 从森林向大气传输 o负值与之相反 ∀
u1u1u • °修正 当红外气体分析仪实测的 ≤’u 或 ‹u ’脉动量是气体浓度而非混合比时 o为消除下垫面
与大气间感热与潜热产生的密度脉动效应 o必须对涡度通量 ωχχχ做相应的修订 o即 • °修订 ∀其修正公式
为k • ¥¨ ετ αλ1 ot|{sl
Φ¦p • ° € Λ cχcΘ¤ ωχΘϖ n t n Λ
cΘϖ
cΘα
cχ
hΤ ωχΤ¤ ktl
式中 }Φ¦p • °为 • °修订项k°ª#°pu¶p tl ~χ为 ≤’u 浓度k°ª#°vl ~Τ为虚温k ε l ~Λ为干燥空气和水气分子质
量之比 ~上横线表示单元数据平均 ~Θ¤与 Θ√ 分别为干燥空气与水气密度k°ª#°pvl oΤ¤为空气温度k ε l ∀
u1u1v 贮存项计算 当大气层节稳定或湍流混合作用较弱时 o土壤与植被呼吸释放的 ≤’u 不能达到仪器测
定高度 o在传感器以下形成积聚 ∀在此采用 …¤¯§²¦¦«¬等 kt|{{l 提供的简化方法计算探头以下气层储存项 }
Φ∃Σ € ∃Χk Ζl∃τ ∃ Ζ kul
式中 }∃Χk Ζl为观测高度处的 ≤’u 浓度变化k°ª#°pvl o∃τ为采样周期k°¬±l o∃ Ζ为观测高度k°l ∀
u1u1w 数据插补 受雨 !雪或仪器标定 !维护等影响 o涡度相关数据存在奇异值或缺测 ∀对于奇异值 o目前
国际通量网kƒ˜÷‘∞×l各个台站的判别标准与插补方法不一 ∀本文根据相关文献kƒ¤¯ª¨ ετ αλ1 ousstl及 ≤’u
通量特征曲线分析 o确定 ≤’u 通量域值 ∀剔除间隔奇异值后 o采用邻近值线性内插 ~对于连续奇异值 o参考
相似气象条件的邻近时段观测值进行插补 ~若一天中奇异值超过 ws h o则舍去该日全部信息 o根据 ≤’u 日交
换量与土壤温度的回归关系计算日总量 ∀
u 林 业 科 学 wu卷
图 t 林内 ≤’u 浓度季节变化
ƒ¬ªqt ≥ ¤¨¶²±¤¯ §¼±¤°¬¦¶²© ≤’u ¦²±¦¨±·µ¤·¬²±¬±©²µ¨¶·
v 结果与分析
311 ΧΟ2 浓度变化
当森林与大气间 ≤’u 传输满足一维传输模式时 o林内
≤’u 浓度的时空变化特征能够对森林碳收支动态提供定性
描述 ∀图 t所示的为林内 z个观测高度 ≤’u 浓度的几何平
均 ∀总体来说 o在秋末kts月中下旬l与早春kw月上中旬l
浓度较低 o冬季最高 o变动范围为 vyy ∗ wtt Λ°²¯#°²¯ p t o最
高值出现在 t月 ∀这一变化特征与下文中讨论的森林 p大
气 ≤’u 通量变化特征稍有差异 o估计与观测期间气压变化
及大尺度环流有关 ∀ ≤’u 浓度日振幅以秋末最大 o早春次
之 o冬季最小 ∀平均振幅为 ts Λ°²¯ #°²¯ p t o高值一般出现
在凌晨 y }ss ) z }ss o低值出现在午后 u }ss左右 ∀除了日变化和季节变化 o≤’u 浓度还存在约 ts天左右的中
尺度天气过程造成的波动 o最大振幅可达 vs Λ°²¯#°²¯ p t ∀整个非生长季 ≤’u 平均浓度为 v{| Λ°²¯#°²¯ p t o较
全年 ≤’u 浓度平均水平高出tu Λ°²¯#°²¯ p tk吴家兵等 oussxl ∀
图 u 林内 ≤’u 浓度时空演化图 kts月 tu ) tv日l
ƒ¬ªqu × °¨³²µ¤¯2¶³¤·¬¤¯ √¨²¯∏·¬²± ²© ≤’u ¦²±¦¨±·µ¤·¬²±
¬±©²µ¨¶·k©µ²° ’¦·²¥¨µtu·² ’¦·²¥¨µtvl
图 u为 ts月 tu ) tv日 z层廓线系统实测
的 ≤’u 浓度在时间和空间上的演化图 ∀可见 }
日出后 o各层 ≤’u 浓度持续降低 o如图 u 中
{ }ss ) ty }ss所示 o在 us ∗ vs ° 高度处存在一
个明显的浓度低值区 o≤’u 呈现上层和下层逐
渐向中间冠层浓度递减的趋势 o表明在冠层位
置存在光合吸收现象 ∀但在冠层以上kvs ∗ ys
°l o由于湍流交换活跃 o浓度变化不大 o特别是
白天 o浓度梯度接近于零 ∀日落后 o林内各层
≤’u 浓度逐渐升高 o以近地层浓度变化尤为显
著 o表明期间 ≤’u 交换过程主要是土壤 p大气
的呼吸释放 ∀林内各层 ≤’u 浓度最高值通常
出现在凌晨 o即林内逆温层开始打破的日出前
后 ∀近地面层 u1x °处受下木层植被生理活动
和大气条件日变化的影响 o也存在着明显的昼
低夜高的日变化 o但由于土壤呼吸的决定作用 o全天的 ≤’u 浓度都相对较高 ∀
312 ΧΟ2 通量变化特征
非生长季森林 p大气 ≤’u 交换具有明显的季节变化趋势 o≤’u 通量变动范围为 p s1v ∗ s1x °ª#°pu¶p t o
秋末最大 o早春次之 o冬季较小且相对恒定 ∀
秋末 o虽然正 !负 ≤’u 通量均呈逐渐减弱趋势 o但森林 p大气 ≤’u 交换能力依然较强k图 vl ∀森林夜间
表现为强释放 o日间表现为一定的吸收 ∀在晴朗天气里 o上午 ts }ss左右 o森林大气 ≤’u 交换达到平衡 o森林
生态系统转变为净吸收 o≤’u 交换速率最大值约为 p s1v °ª#°pu¶p t o出现在午间 tu }ss ∗ tv }ss ~日落前 u小
时左右再次达到收支平衡 o森林转变为大气 ≤’u 的源 ~夜间 o≤’u 通量为 s1t ∗ s1v °ª#°pu¶p t ous }vs ∗ uu }ss
交换速率最大 o峰值为 s1x °ª#°pu¶p t ∀从净光合和净呼吸通量的数量大小及持续时间来看 o森林在秋末以
土壤 !植被的呼吸通量为主 ∀冬季 o森林 p 大气 ≤’u 通量较小 o且通量变化相对恒定 o通常小于
s1t °ª#°pu¶p t o特别是 t和 u月 o≤’u 通量仅为 s1su ∗ s1sv °ª#°pu¶p t o而且此期间无明显的日变化 ∀这可
能与覆雪导致土壤温度基本上没有日变化有关 ~也可能与积雪对土壤呼吸释放出的 ≤’u 存在缓释效应有
关 ∀w月上旬 o地表积雪融化 ox ¦°土壤温度徘徊在 s ε 左右 o但森林却出现一个与温度不相称的高排放速
v 第 |期 吴家兵等 }非生长季长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 通量特征
率 ∀至 w月中旬 o开始出现负的通量 o并逐渐增强 o森林总体表现为由一定强度的碳源向碳汇转变 ∀
图 v 阔叶红松林 ≤’u 通量日变化过程
ƒ¬ªqv ⁄¤¬¯¼ ¦²∏µ¶¨ ²© ≤’u ©¯∏¬¬± ¥µ²¤§2¯ ¤¨√¨ §Ž²µ¨¤± °¬±¨ ©²µ¨¶·
图 w ≤’u 通量与光合有效辐射的关系
kts月 us ) vs日l
ƒ¬ªqw ¬±¨ ¤µµ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³²© ≤’u ©¯∏¬¤±§³«²·²¶¼±·«¨·¬¦
¤¦·¬√¨µ¤§¬¤·¬²± k©µ²° ’¦·²¥¨µus·² ’¦·²¥¨µvsl
通常将 x ε 作为温带森林进行光合作用的生物学最低温度
k贺庆堂 ot|{{l ∀从图 v可以看出 ots月下旬日平均温度已低于 s
ε o但仍然出现负通量 o对期间日最高气温在 x ε 以下的观测数
据k午间 ts }ss ) x }ssl分析表明 }≤’u 通量与光合有效辐射的相
关性较显著k图 wl ∀由于林内阔叶树及冠下草本均已落叶 o据此
推测 o常绿的红松在温度低于生物学最低温度以后 o仍可能存在
微弱的光合吸收作用 ∀由于负值持续时间较短 o且绝对值较小 o
期间森林总体表现为微弱的碳源 ∀
313 温度影响
非生长季 o森林的主要生理活动由光合吸收转变为呼吸释
放 ∀很多文献报导过森林各组分k树干 !土壤 !凋落物l的呼吸强
度主要受温度控制 k刘建军等 oussv ~王淼等 oussxl ∀为此 o对空
气温度和净生态系统碳交换量k±¨ ·¨ ¦²¶¼¶·¨° ¦¤µ¥²± ¬¨¦«¤±ª¨ o简称
‘∞∞l以及土壤温度和 ‘∞∞之间的相关性也分别进行了分析 ∀根
据空气温度和土壤温度对 ‘∞∞变化的解释比例 o即相关系数 Ρu
图 x 净生态系统碳交换量与 x ¦°
深土壤温度关系
ƒ¬ªqx • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¥¨·º¨¨ ± ±¨ ·¨ ¦²¶¼¶·¨° ¦¤µ¥²±
¬¨¦«¤±ª¨ ¤±§x ¦° §¨³·«¶²¬¯·¨°³¨µ¤·∏µ¨
判断 ox ¦°土壤温度对 ‘∞∞有更好的预测作用k图 xl ∀在 x ¦°
土壤温度高于 s ε 时 o‘∞∞与日平均土壤温度指数相关 o相关系
数 Ρu 为 s1yz o达到显著水平k ν € xu oΠ s1sxl ∀从图 x可以看
出 o较多的有效数据集中在 s ε 附近 o且 ‘∞∞波动较大 o特别是
存在一些在较高温度才会出现的高 ‘∞∞值 ∀实测的 ≤’u 通量时
间序列显示低值主要出现在秋末 o高值主要出现在早春融雪阶
段 ∀有学者报导在积雪融化时 o雪下及土壤中富集的 ≤’u 有一快
速释放的过程kŠ²∏¯§¨± ετ αλ1 ot||zl o文中 ‘∞∞低温高值现象可
能正是这个原因所致 ∀
214 净生态系统碳交换日总量
非生长季 o净生态系统碳交换值较大的过程主要集中在秋末
与早春 o如图 y所示 ∀秋末 o由于只在午间存在数小时的净吸收 o
全天 ‘∞∞表现为正值 o森林向大气排放 ≤’u o随着土壤温度降低 o
‘∞∞随之降低 ~冬季 o森林具有微弱但相对恒定的 ≤’u 排放 o特别
是在 t !u月 o日排放量多徘徊在 s1w ª ≤#°pu左右 ~初春kw月上旬l o覆雪融化 o土壤解冻 o‘∞∞出现 t个正的
w 林 业 科 学 wu卷
峰值 o但随后显著下降 o在融雪阶段出现明显的 ≤’u 释放高峰 o说明积雪对 ≤’u 有一定的富集作用 ∀另外 o
从其变化曲线可以预测出 o在 w月下旬或 x月森林会由 ≤’u 的释放源转变为吸收汇 ∀观测期间kt|s §l o长白
山红松针阔叶混交林净释碳交换量为tuz ª ≤#°pu o整体表现为一定强度的碳释放 ∀
图 y 非生长季净生态系统碳交换日总量
ƒ¬ªqy ⁄¤¬¯¼ ¦«¤±ª¨ ²© ±¨ ·¨ ¦²¶¼¶·¨° ¦¤µ¥²± ¬¨¦«¤±ª¨
¬± ±²±2ªµ²º¬±ª¶¨¤¶²±¶
w 结论与讨论
非生长季 o长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 通量为
p s1v ∗ s1x °ª#°pu¶p t o释放的碳总量为 tuz ª ≤#°pu o整
体表现为一定强度的碳释放 ∀ ≤’u 通量具有明显的季节
变化趋势 ∀秋末 o正 !负 ≤’u 通量均呈减弱趋势 o‘∞∞降
低 ~冬季 o≤’u 排放速率相对恒定 o无明显的日变化 ~初春 o
正 !负 ≤’u 通量均显著增大 o森林在融雪时候有 t个 ≤’u
排放高峰 ∀当土壤温度高于 s ε 时 o森林每天释放 ≤’u
的速率与 x ¦°深土壤温度呈指数相关 ∀
在非生长季 o部分森林仍有一定的碳吸收能力 o甚至
在冬季还有碳吸收k⁄²¯ °¤± ετ αλ1 oussu ~ ¬¼¤½¤º¤ ετ αλ1 o
ussxl ∀长白山红松针阔叶混交林在温度低于生物学最低
温度时仍有数小时表现为一定强度的 ≤’u 吸收 ∀初步判
断 o常绿红松在低温时可能仍维持着一定的光合能力 ∀
但由于野外观测的复杂性和涡度相关仪器系统在冬季低
温条件下奇异观测值增多的干扰 o上述结论仍有待进一
步的试验验证 o并从机理上探明长白山红松针阔叶混交林非生长季吸收 ≤’u 的物理和生理机制 ∀
¬zxss红外气体分析仪和 ≤≥„×v超声风速仪均可以在 p us ε 以下的环境温度中工作 o但试验中发现 o
当空气温度低于 p x ε 时 o观测结果奇异值开始增加 o当温度低于 p ts ε 时 o出现了大量的负通量k超过
zs h l ∀由于夜间森林碳吸收现象从物理学和生物学角度都无法解释 o因此目前认定这类观测数据不合理 ∀
文中为了估算长期的净碳交换量 o根据秋末和早春的数据与土壤温度间的关系对日总量做了简单插补 o虽然
存在一定的不确定性 o但非生长季森林 p大气间 ≤’u 交换主要集中在秋末和早春 o当空气温度降至 p x ε
时 o日净碳交换量通常小于 s1x ª≤#°pu o对非生长季 ‘∞∞总量估算影响不会很大 ∀但这也提出了一个目前
困扰着国内多个通量观测站的难题k于贵瑞等 ousswl o即冬季低温条件下 o大量奇异值 o特别是负值出现的原
因究竟是什么 ‚笔者根据对 ≤’u 浓度与三维风速实测时间序列的谱分布检验及平稳性检验初步认为 o仪器
自身在低温时存在性能局限的可能性不大 o密度脉动效应可能是冬季通量观测出现负值的主要原因 ∀
• ¥¨等kt|{sl针对涡度通量观测时感热与潜热传输会造成密度脉动效应 o提出了 • °修订理论 o并作
为 t个相对成熟的方案 o一直被学术界引用至今 ∀但最近有学者提出 o在高风速 !强湍流观测条件下 o需要
对 • °修订项做压力产生的密度脉动的补充修订k¤¶¶°¤± ετ αλ1 oussul ∀在冬季 o风速增加 o相应的压力脉
动造成的通量损失会增加 o有可能造成负值的出现 ∀但对于森林观测站 o这一建议却没有引起足够的重视 o
加之压力脉动观测成本较高 o即使在国外 o这一补充修订做的也很少 ∀根据式ktl o密度脉动修订量与观测层
背景 ≤’u 浓度值正相关 o而与实际通量大小无关 ∀因此 o对于 ≤’u 通量相对较小的非生长季森林 o修订比
例通常较大 o个别时段修订量甚至超过实测值本身 ∀在冬季低温 !强风的特殊观测环境下 o修订方法的少许
改进 o会大大改善最终结果 ∀由于观测手段的局限性 o关于压力脉动项造成的冬季观测负值只是推测 o仍有
待于进一步的试验验证 ∀
参 考 文 献
关德新 o吴家兵 o于贵瑞 o等 qussw q气象条件对长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 通量的影响 q中国科学 }⁄辑 ovwk增刊 µl }tsv p ts{
黄 耀 qussu q中国陆地和近海生态系统碳收支研究 q中国科学院院刊 otzkul }tsw p tsz
贺庆棠 qt|{{ q气象学 }修订版 q北京 }中国林业出版社 owz
x 第 |期 吴家兵等 }非生长季长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 通量特征
刘建军 o王得祥 o雷瑞德 o等 qussv q秦岭天然油松 !锐齿栎林地土壤呼吸与 ≤’u 释放 q林业科学 ov|kul }{ p tv
于贵瑞 o牛 栋 o王秋凤 qusst q5联合国气候变化框架公约6谈判中的焦点问题 q资源科学 ouvkyl }ts p ty
于贵瑞 o张雷明 o孙晓敏 o等 qussw q亚洲区域陆地生态系统碳通量观测研究进展 q中国科学 }⁄辑 ovwk增刊 µl }tx p u|
王 淼 o姬兰柱 o李秋荣 o等 qussx q长白山地区红松树干呼吸的研究 q应用生态学报 otyktl }z p tv
吴家兵 o关德新 o赵晓松 o等 qussx q长白山红松针阔叶混交林 ≤’u 浓度特征 q应用生态学报 otyktl }w| p xv
徐德应 qt||y q中国大规模造林减少大气碳积累的潜力及其成本效益分析 q林业科学 ovukyl }w|t p w||
…¤¯§²¦¦«¬⁄oƒ¤¯ª¨ ∞oŠ∏‹ o ετ αλ1 usst1 ƒ˜÷‘∞× } „ ±¨ º ·²²¯ ·²¶·∏§¼·«¨ ·¨°³²µ¤¯ ¤±§¶³¤·¬¤¯ √¤µ¬¤¥¬¯¬·¼ ²© ¦¨²¶¼¶·¨° p ¶¦¤¯¨¦¤µ¥²± §¬²¬¬§¨ o º¤·¨µ
√¤³²µo¤±§ ±¨¨ µª¼ ©¯∏¬ §¨±¶¬·¬¨¶q…∏¯¯¨·¬± ²©·«¨ „° µ¨¬¦¤±  ·¨¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ ≥²¦¬¨·¼o{ukttl }uwtx p uwvw
…¤¯§²¦¦«¬⁄o‹¬¦®¶… …o  ¼¨¨ µ¶× ° qt|{{ q  ¤¨¶∏µ¬±ª¥¬²¶³«¨µ¨2¤·°²¶³«¨µ¨ ¬¨¦«¤±ª¨¶²©¥¬²¯²ª¬¦¤¯ ¼¯ µ¨ ¤¯·¨§ª¤¶¨¶º¬·«°¬¦µ²°¨ ·¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ °¨ ·«²§¶q∞¦²¯²ª¼o
y| }tvvt p tvws
⁄²¯ °¤± „ o ²²µ¶∞o ∞¯ ¥¨µ¶„ qussu q׫¨ ¦¤µ¥²± ∏³·¤®¨ ²©¤ °¬§ ¤¯·¬·∏§¨ ³¬±¨ ©²µ¨¶·ªµ²º¬±ª²±¶¤±§¼¶²¬¯q„ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯ ¤±§ƒ²µ¨¶· ·¨¨²µ²¯²ª¼ ottt }t{z
p usu
ƒ¤¯ª¨ ∞o…¤¯§²¦¦«¬¤⁄o’¯ ¶²±¥• o ετ αλqusst qŠ¤³©¬¯¯¬±ª¶·µ¤·¨ª¬¨¶©²µ§¨©¨ ±¶¬¥¯¨¤±±∏¤¯ ¶∏°¶²©±¨ ·¨¦²¶¼¶·¨° ¬¨¦«¤±ª¨ q„ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯ ¤±§ƒ²µ¨¶· ·¨¨²µ²¯²ª¼o
tsz }wv p y|
ƒ¤¯ª¨ ∞o…¤¯§²¦¦«¬⁄o× ±¨«∏±¨ ± o ετ αλqussu q≥¨ ¤¶²±¤¯¬·¼ ²© ¦¨²¶¼¶·¨° µ¨¶³¬µ¤·¬²± ¤±§ªµ²¶¶³µ¬°¤µ¼ ³µ²§∏¦·¬²± ¤¶§¨µ¬√ §¨©µ²° ƒ˜÷‘∞× °¨ ¤¶∏µ¨° ±¨·¶q
„ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯ ¤±§ƒ²µ¨¶· ·¨¨²µ²¯²ª¼ottv }xv p zw
Š²∏¯§¨ ±  o⁄¤∏¥¨ … ≤ oƒ¤± ≥  o ετ αλqt||z q°«¼¶¬²¯²ª¬¦¤¯ µ¨¶³²±¶¨¶²©¤ ¥¯¤¦®¶³µ∏¦¨ ©²µ¨¶··² º ¤¨·«¨µq²∏µ±¤¯ ²© Š¨ ²³«¼¶¬¦¤¯ • ¶¨¨¤µ¦«otsuk⁄uwl }
u{|{z p u{||y
¤¶¶°¤± • o¨¨ ÷ ‹ qussu q∞§§¼ ¦²√¤µ¬¤±¦¨ ©¯∏¬¦²µµ¨¦·¬²±¶¤±§∏±¦¨µ·¤¬±·¬¨¶¬± ²¯±ª2·¨µ° ¶·∏§¬¨¶²©¦¤µ¥²± ¤±§ ±¨¨ µª¼ ¬¨¦«¤±ª¨¶q„ªµ¬¦∏¯·∏µ¤¯ ¤±§ƒ²µ¨¶·
 ·¨¨²µ²¯²ª¼ottv }tut p tww
¬¼¤½¤º¤ ≠ oŽ¬®∏½¤º¤Žqussx q •¬±·¨µ³«²·²¶¼±·«¨¶¬¶¥¼¶¤³¯¬±ª¶²© √¨¨ µªµ¨ ±¨ ¥µ²¤§2¯ ¤¨√¨ §·µ¨ ¶¨¬± ¤§¨¦¬§∏²∏¶·¨°³¨µ¤·¨©²µ¨¶·q‘¨º °«¼·²¯²ª¬¶·otyx kvl }
{xz p {yy
°²·¨µ≤ ≥ oŽ¯²²¶·¨µ≥ „ qt||| q⁄¨ ·¨¦·¬±ª¤·¨µµ¨¶·µ¬¤¯ ¥¬²¶³«¨µ¨ ¶¬±®©²µ¦¤µ¥²± §¬²¬¬§¨ }Œ±·¨µ¤±±∏¤¯ ¦¨²¶¼¶·¨° °²§¨ ¬¯±ª©²µ·«¨ °¬§p t|{s¶q≤ ¬¯°¤·¬¦≤«¤±ª¨ o
wu }w{| p xsv
∂ µ¨°¤ ≥ …o…¤¯§²¦¦«¬⁄ ⁄o„±§¨µ¶²± ∞o ετ αλqt|{y q∞§§¼©¯∏¬¨¶²©≤’u º¤·¨µ√¤³²µo¤±§¶¨±¶¬¥¯¨«¨¤·²√¨ µ¤§¨¦¬§∏²∏¶©²µ¨¶·q…²∏±§¤µ¼ ¤¼¨ µ ·¨¨²µ²¯²ª¼o
vy }zt p |t
• ¥¨ ∞ Žo°¨ ¤µ°¤± ŠŒo¨∏±¬±ª• qt|{s q≤²µµ¨¦·¬²±²©©¯∏¬ °¨ ¤¶∏µ¨°¨ ±·¶©²µ§¨±¶¬·¼ ©¨©¨¦·¶§∏¨ ·²«¨¤·¤±§º¤·¨µ√¤³²∏µ·µ¤±¶©¨µq׫¨ ±∏¤µ·¨µ¯¼²∏µ±¤¯ ²©·«¨
•²¼¤¯  ·¨¨²µ²¯²ª¬¦¤¯ ≥²¦¬¨·¼otsy }{x p tss
k责任编辑 于静娴l
y 林 业 科 学 wu卷