濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳通量動(dòng)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(cè)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(cè)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(dòng)態(tài)特征以及其與環(huán)境因子的關(guān)系，對(duì)于了解和預(yù)測(cè)濕地生態(tài)系統(tǒng)在未來(lái)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(cè)技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的通量觀測(cè)技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于能長(zhǎng)期而直接地測(cè)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(guò)質(zhì)量評(píng)估后，經(jīng)常會(huì)有大段數(shù)據(jù)缺失，因此在

2、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析之前需要通過(guò)特定的數(shù)據(jù)填補(bǔ)算法來(lái)填補(bǔ)缺失。但是，這種做法有兩個(gè)缺點(diǎn):(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(guò)的數(shù)據(jù)用于動(dòng)態(tài)分析并不可靠，因?yàn)槠涮钛a(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(duì)二氧化碳通量時(shí)間動(dòng)態(tài)特征的分析結(jié)果表明，其主要時(shí)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(cè)技術(shù)的輔助觀測(cè)項(xiàng)目中缺少植被觀測(cè)，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(gè)問(wèn)題。
　　本研究以崇明東灘濕地兩個(gè)通量站的觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，從晝夜變化和季節(jié)變化兩個(gè)時(shí)間尺度來(lái)分析二氧化碳通量動(dòng)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(shí)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(shí)段的二氧化碳通量都有較高的相關(guān)

4、性，但是時(shí)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(méi)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(shí)間尺度上，夜間平均溫度對(duì)于夜間二氧化碳通量有著較高的相關(guān)性，也就是說(shuō)溫度在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上對(duì)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(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)也得到改善。
　　基于以上知識(shí)，改進(jìn)算法后的填補(bǔ)數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)之間擬合度明顯升高，但是較大的相對(duì)均方根誤差和偏低的斜率說(shuō)明這個(gè)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