杨树人工林净生态系统碳交换与环境因子多时间尺度的时滞分析
发布时间：2020-06-13 21:45
【摘要】：森林净生态系统碳交换(NEE)对水、光、热等环境因子的响应普遍存在时滞现象。但通常情况下,分析NEE环境影响因子、插补涡度相关数据时并没有考虑时滞的影响。因此,有必要定量研究时滞现象对NEE与环境因子响应关系的影响,从而为准确评价生态系统碳汇功能、模拟NEE动态变化提供科学依据。本文应用涡度相关技术,结合微气象观测系统,对北京市顺义区杨树人工林生态系统NEE和小气候进行观测,选取2014年生长季(4～10月)NEE、空气温度(Ta)、土壤温度(Ts)、光合有效辐射(PAR)、饱和水气压差(VPD)和25 cm 土壤层体积含水量(VWC25)的日尺度和年尺度数据,使用回归分析与小波分析结合的方法,得到NEE与这些环境因子的时滞关系,在此基础上,利用偏相关和主成分分析方法以决定系数(R2)、林氏调和系数(LCCC)和均方根误差(RMSE)作为评价拟合模型精度的指标,重点探讨忽略时滞现象对判断NEE驱动因子和拟合方程精度的影响。结果表明,(1)PAR在日尺度和年尺度下均是影响NEE变化的主导因子,由于研究区地下水位高,水分充足,各时间尺度VWC25对NEE的驱动作用均可忽略。(2)日尺度下,NEE与PAR在春、夏和秋三季都不存在时滞关系,但NEE比Ta、Ts和VPD提前达到峰值,在春季的时滞时间分别为4.0、3.5、3.5 h,夏季分别为3.5、3.0、3.0 h,秋季分别为3.5、3.0、3.0 h;年尺度下,NEE与Ta、Ts和PAR均同步变化,不存在时滞现象,而NEE滞后于VPD变化,时滞时间为21 d。(3)偏相关结果表明,日尺度下忽略时滞现象会影响判断NEE与Ta在春季的真实关系,而在夏季和秋季则影响判断NEE与Ts的真实关系,但各季节NEE与PAR的偏相关系数绝对值均为最大,表明忽略时滞现象不会影响判断NEE的主导因子;对于年尺度,忽略时滞现象不会影响判断NEE与环境因子真实存在的关系。(4)主成分分析结果表明,消除时滞现象前后日尺度NEE与综合环境因子在各季节均可得到最优对数回归模型,且在消除时滞现象后模型的决定系数R2分别在春、夏和秋季提高了 5.23%、6.61%和2.11%,LCCC分别提高了 2.41%、4.03%和 1.45%,RMSE分别降低了 0.473、4.459和0.159μmol·m-2·s-1;对于年尺度,消除时滞现象前后均可得到最优双曲线回归模型,消除时滞现象后模型的R2、LCCC仅提高了 1.11%和0.47%,RMSE也只降低了 0.006μmol·m-2·s-1,说明考虑时滞现象可以明显提高日尺度NEE数据拟合精度,虽然年尺度效果不明显,但精度也有所提升。在此基础上,利用消除时滞现象后日尺度最优回归模型模拟数据平均后得到的日均值数据与年尺度最优回归模型直接模拟得到的日均值进行对比,发现使用日尺度模型得到的日值数据比使用年尺度模型数据精度更高,R2和LCCC分别提高了 6.51%和7.14%,而RMSE降低了 24.245μmol·m-2·s-1,表明对于数据时间尺度转换问题,使用短时间尺度的模型模拟出结果后再进行尺度转换比长时间尺度的模型直接进行模拟精度更高。因此,杨树人工林生态系统的日动态与年动态变化受到Ta、Ts、VPD和PAR的控制,日尺度与年尺度均存在时滞现象,消除时滞现象后可以准确判断日尺度下NEE的环境影响因子,并能够提高各时间尺度下NEE的拟合精度。
【图文】：
图２－３邋Ｒｓｔｕｄｉｏ邋１．１．４?
逡逑行曲线估计（图２－５）得到最优回归模型。逡逑趋线住回０逦Ｘ逡逑逦邋＾逦邋邋ｍｓｓ）逡逑Ｍｏｎｔｈ逦玲逦＾邋ＮＥＥ逦邋邋ＴＯｒａｒｍｉｏｄ＇逡逑Ｄａｙ逦－lz（Ｂ）１邋的邋１逦邋ｊｇ~枺掊义希模埃馘五五澹驽澹椋＃ǎ樱义希ｅ澹裕徨危簟遥哄蜗乱灰常ǎ桑腻巍殄义希″危螅螅幔铮哄，
本文编号：2711787
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