中国北方荒漠区水碳通量变化规律研究

发布时间：2020-05-14 18:05

【摘要】：我国北方荒漠区生态环境脆弱,其陆面与大气间水碳循环过程对气候变化和人类活动十分敏感。近年来,在气候变化背景下,该地区的气温不断升高;同时,人类活动范围的不断扩大和强度的不断增高改变了该地区的土地利用和植被覆盖,从而影响了地表水碳通量。因此,深入研究我国北方荒漠区水碳通量的时空变化规律及其对环境变化的响应机制,可为该地区的生态环境保护措施提供科学依据。本论文以我国北方典型荒漠区(主要包括内蒙及黄土高原北部荒漠区)为研究对象,首先基于榆林站和通辽站涡度相关系统的观测数据,分析了典型荒漠灌丛生态系统水碳通量的主要特征及其环境控制因素。结果表明,榆林站相较于通辽站,蒸散发(ET)强度较大、碳汇功能较明显,水分条件是造成该差异的主要因素。两站点ET的季节变化均主要受辐射控制,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(R_(eco))的季节变化主要受温度控制,净碳交换量(NEE)的季节变化主要受植被物候变化控制,NEE对土壤水极端干旱的敏感程度大于其对极端高温的敏感程度。其次,本研究结合榆林站2011-2016年间由人类活动导致的土地利用变化情况,定量分析了人类活动对水碳通量的影响。结果表明,从植被破坏到植被恢复过程中,ET和归一化ET均增加,且在植被恢复阶段,归一化ET增加更快、更明显。GPP,R_(eco)和NEE的年际变化分别有84.5%,59.2%和81.6%是由人类活动导致。不合理的人类活动会加速该地区蒸散发速率、降低净碳吸收量,进而导致该地区植被生长环境恶化,加剧生态脆弱性。最后,本文进一步结合位于我国北方典型荒漠区的其他9个通量站的观测数据,采用支持向量回归(SVR)方法实现由站点到区域的水碳通量升尺度计算,并分析该地区水碳通量的时空变化规律。结果表明,SVR方法对站点的ET和NEE的模拟精度(R~2)分别为0.76和0.64;研究区域的ET和NEE在2001-2015年间的平均年总量分别为204±6.3 mm和-63±7.2 gC/m~2/yr,且ET和NEE在空间上均呈现阶梯状分布,由东南向西北逐渐减小。
【图文】：

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4图 1-1 FLUXNET 注册站点的统计结果（来源于 http://fluxnet.fluxdata.org）我国在对不同类型生态系统水碳通量观测的研究上，与欧美国家相比，不仅起步较晚，而且观测站点的布设相对偏少（于贵瑞等, 2006）。而要求精确描述中国陆地生态系统水碳循环过程，则必须增加我国针对不同生态系统的通量观测站点，增强通量观测结果的空间代表性（于贵瑞等, 2006）。同时，不断积累长期观测数据和空间化的区域环境数据，只有基于可靠和充足的数据资源，才有可能相对准确的了解区域水碳循环过程，为区域制定节水减排政策提供科学指导（于贵瑞等, 2011）。然而我国幅员辽阔，生态系统和气候类型多样，现有的观测站点的布局并不完全合理和周密（图 1-2），

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2010; 王雯, 2013）。相比之下，，针对荒漠灌丛生态系统的对偏少，尤其与我国荒漠灌丛占据的较大面积相比，针对性的。另一方面，随着通量观测站点数量的增加，联系多个站点并站网，以此分析区域水碳通量时空变化规律的研究是目前涡度的热点和趋势。国内外很多学者利用通量观测网络数据在不同域水碳通量空间升尺度研究（Yang et al., 2006, 2007; Xiao et a011; Zhu et al., 2014; Ichii et al., 2017）。然而，迄今为止，采网数据针对我国北方典型荒漠区开展水碳通量的时空变化规缺乏，同时，较多大尺度（如全球、全国）水碳通量的时空变因为缺乏该地区的研究而有所不足，如 Yao et al.（2017）和17）分别研究了中国和亚洲的碳通量的时空变化规律，他们的国北方典型荒漠区荒漠区的准确分析。在我国北方典型荒漠区逐渐增加、观测时长逐渐延长的大背景下，很有必要联系零散测站点，形成观测站网，以此更全面和准确地分析该地区水碳化规律。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X171

【参考文献】