丽江高山草甸地气间水汽和二氧化碳通量交换特征

Alpine meadow is one of the dominate types of grassland ecosystems in China. Due to high altitude and low temperature, alpine meadow is very sensitive to global warming. However, the grassland research has mainly focused on the low-altitude grassland areas, the water vapor and CO2 fluxes exchange processes of the high-altitude grassland still need to be investigated. Based on the long-term measurements of the water vapor and CO2 fluxes over an alpine meadow in Lijiang, Yunnan province, with the eddy covariance method, the aims of this study are (1) to characterize the diurnal, seasonal and interannual variations in water vapor and CO2 fluxes, (2) to clarify the main factors controlling water vapor and CO2 fluxes exchange over different time scales, (3) to investigate the effect of snow on albedo,energy, water and CO2 fluxes exchange, and (4) to calculate the aerodynamic roughness length, the thermal roughness length, coefficient kB-1, the drag coefficient and the heat transfer coefficient. In addition, the research would provide scientific basises for the sustainable development of the alpine meadow ecosystem.

高山草甸是我国主要的草原生态系统类型之一，因其高海拔和寒冷的气候条件 对全球变暖非常敏感。全球变化的背景下，低纬高原季风气候控制下的高山草甸生态系统地气间水汽、二氧化碳交换特征并不完全清楚。本工作拟利用涡动相关技术在丽江高山草甸进行水汽、二氧化碳通量长期、连续的定位观测，通过对不平坦草原下垫面涡动相关观测的湍流通量进行合理的修正和可靠的质量控制，研究高山草甸地气间水汽、二氧化碳通量的日、季节和年际变化特征，揭示碳水交换在不同时间尺度上的主要控制因子，分析积雪对地表反射率、能量、水汽和二氧化碳通量的影响，确定高山草甸空气动力学粗糙度、热力学粗糙度、热传输附加阻尼、拖曳系数、热量输送系数等地气相互作用的关键参数。本项目可为高山草甸的可持续发展提供科学依据。

高山草甸生态系统对全球变暖非常敏感。本项目利用涡动相关技术，在丽江高山草甸下垫面开展了地气间水汽、CO2通量交换过程的野外观测实验。基于高质量的长期连续观测资料，分析了丽江高山草甸生态系统水汽、CO2交换特征及不同时间尺度上的主要控制因子，获得的主要研究结果如下：湿季当土壤湿度（SWC）在0.25 m3 m-3以上时，蒸发比值（ET/ETeq）变化很小（平均值为0.92）；干季当SWC<0.25 m3 m-3时，ET/ETeq随着SWC的减小而显著下降（平均值为0.65）。实际蒸散（ET）主要受到净辐射、水气压亏值和气温的控制，其中，净辐射在湿季的影响远大于干季。在30分钟和日尺度上，除了有效光合辐射，气温是控制高山草甸净CO2交换的主要气象因子，30分钟尺度上利于CO2吸收的最佳气温为12 °C。在日尺度上，春季日平均气温高于5°C时，植被开始吸收CO2。2012-2015年净CO2交换的年总量大致随年平均气温的升高而降低，同时，气温的季节变化也显著影响着CO2通量交换的季节变化和年总量。2012年的春季，较低的气温和干旱事件延缓了草地萌发，减少了CO2的吸收，而对实际蒸散的影响较小，这种差异的主要原因是湿季SWC较高和大气接近饱和。