濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳通量動態(tài)特征及其填補(bǔ)策略.pdf

1、濕地生態(tài)系統(tǒng)的二氧化碳通量觀測是了解濕地碳源/匯功能的重要手段，也是了解全球碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。在此觀測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，分析濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳通量的動態(tài)特征以及其與環(huán)境因子的關(guān)系，對于了解和預(yù)測濕地生態(tài)系統(tǒng)在未來全球變化中所扮演的角色有著重要的意義。
　　渦度協(xié)方差觀測技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的通量觀測技術(shù)。其優(yōu)點在于能長期而直接地測定生態(tài)系統(tǒng)水平上的物質(zhì)和能量通量。然而，該技術(shù)所獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過質(zhì)量評估后，經(jīng)常會有大段數(shù)據(jù)缺失，因此在

2、對數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)分析之前需要通過特定的數(shù)據(jù)填補(bǔ)算法來填補(bǔ)缺失。但是，這種做法有兩個缺點:(1)目前的數(shù)據(jù)填補(bǔ)算法均大多是基于數(shù)學(xué)的，其生態(tài)學(xué)意義還不夠明確;(2)填補(bǔ)過的數(shù)據(jù)用于動態(tài)分析并不可靠，因為其填補(bǔ)算法已經(jīng)“污染”了原數(shù)據(jù)。應(yīng)用傅里葉變換與小波分析對二氧化碳通量時間動態(tài)特征的分析結(jié)果表明，其主要時間尺度是晝夜變化與季節(jié)變化。其中引起晝夜變化的主要原因是氣象因子的變化，而引起季節(jié)變化的主要原因之一是植被的物候變化?？紤]到目前渦度協(xié)方

3、差觀測技術(shù)的輔助觀測項目中缺少植被觀測，向通量數(shù)據(jù)中引入基于遙感數(shù)據(jù)的植被指數(shù)是能較好地解決這個問題。
　　本研究以崇明東灘濕地兩個通量站的觀測數(shù)據(jù)為例，從晝夜變化和季節(jié)變化兩個時間尺度來分析二氧化碳通量動態(tài)特征以及其與環(huán)境因子和植被物候變化的關(guān)系，并且將這些結(jié)果用于改進(jìn)或構(gòu)建新的數(shù)據(jù)填補(bǔ)算法。
　　研究的結(jié)果表明:(1)在晝夜變化時間尺度上，雖然日間的有效光合輻射、氣溫還有飽和水汽虧缺都與同時段的二氧化碳通量都有較高的相關(guān)

4、性，但是時滯分析的結(jié)果表明有效光合輻射的變化早于或同步于二氧化碳通量的變化，而氣溫還有飽和水汽虧缺的變化均晚于二氧化碳通量的變化。因此有效光合輻射才是影響日間二氧化碳通量變化的主要因子。而在夜間則沒有找到何種因子與二氧化碳通量表現(xiàn)出較高相關(guān)性。(2)在季節(jié)變化時間尺度上，夜間平均溫度對于夜間二氧化碳通量有著較高的相關(guān)性，也就是說溫度在較長的時間尺度上對生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用影響較大。使用光響應(yīng)方程擬合日間的二氧化碳通量與光合有效輻射后發(fā)現(xiàn)，植

5、被指數(shù)與生態(tài)系統(tǒng)光能利用效率的季節(jié)變化較為接近，而平均日間氣溫則與生態(tài)系統(tǒng)最優(yōu)生產(chǎn)率的季節(jié)變化較為接近。(3)在東灘濕地發(fā)生的植物入侵使得生態(tài)系統(tǒng)呼吸作用的溫度敏感性和光合作用的光能利用效率均有顯著上升，并且生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境因子的響應(yīng)也得到改善。
　　基于以上知識，改進(jìn)算法后的填補(bǔ)數(shù)據(jù)與觀測數(shù)據(jù)之間擬合度明顯升高，但是較大的相對均方根誤差和偏低的斜率說明這個二氧化碳通量填補(bǔ)算法還有許多值得改進(jìn)的地方:(1)使用多步相關(guān)模型模擬晝夜變