高寒湿地退化对地表能量和碳水交换过程影响的观测研究

Zoige plateau is an important distribution area of China’s alpine wetland and a vital water supply zone of the Yellow River, and it is also an ecological sensitive area. The wetland in this region is seriously degraded due to the global warming and human activities, and its eco-hydrological functions such as water conservation, regulating climate are threatened. The long-term comparison measurements of energy, water vapor and carbon dioxide fluxes will be conducted under the same climate background, according the degradation trend (swamp→swamp meadow→alpine meadow) of alpine wetland in this region. The objects of this study are to (1) analyze the differences of turbulent transport characteristics of energy, water vapor and carbon dioxide over different under laying surfaces; (2) investigate the dynamic variations of energy, water vapor and carbon dioxide fluxes; (3) discuss the environmental control mechanisms of processes of energy partition and water and carbon dioxide exchange; (4) reveal the influences of alpine wetland degradation on the exchange processes of energy, water vapor and carbon dioxide fluxes. The proposed project will be beneficial to the understanding the basic processes of land-atmosphere interaction, improving the land surface models and increasing accuracy of numerical weather prediction. And it will be favorable to the eco-civilization construction, water resource sustainable development, the stabilization of society and the economic development in this region.

若尔盖高原是我国重要的高寒湿地的分布区、黄河水源补充地，同时也是生态敏感区。在全球变暖和人类活动作用下，若尔盖高原湿地退化严重，其涵养水源、调节气候等功能受到威胁。本项目依照沼泽湿地→沼泽化草甸→高寒草甸的退化演变趋势，在若尔盖高原进行同一气候背景下“一站多点”式的地表能量和碳水通量长期对比观测，分析各下垫面上地表能量和碳水通量湍流输送特征的差异性；研究各下垫面上地气间能量和碳水通量的动态变化；探讨各下垫面上地气间能量分配和碳水交换过程的环境控制机理；最终揭示高寒湿地退化对地表能量输送和碳水交换过程的影响。本项研究对于深刻认识地气相互作用基本过程，改进陆面过程模式和提高数值天气预报准确性具有重要意义，对当地生态文明建设、水资源可持续发展、社会经济和地区稳定具有积极作用。

若尔盖高原是我国重要的高寒湿地的分布区、黄河水源补充地，同时也是生态敏感区。在全球变暖和人类活动作用下，若尔盖高原湿地退化严重，其涵养水源、调节气候等功能受到威胁。本项目通过野外对比观测试验，系统性的讨论了湿地退化对地表能量和碳水通量湍流输送特征的影响。结果表明湿地退化为草地，粗糙度、热量整体输送系数、动量整体输送系数减小，地气温差增大，大气层结不稳定性减弱，与之相伴随的是蒸散发减弱，感热通量和净碳汇能力升高。高寒湿地年蒸散发（ET）和净生态系统交换分分别为1097mm 和57g C m-2 yr-1，高寒草地则分别为492mm和87g C m-2 yr-1。与长期（2010~2019）降水635±88 mm 相比，高寒高原的年 ET/P 在0.63~1.04之间。通径分析和Priestley-Taylor系数（ET/ETeq）表明玛曲草原ET在非生长季为水分有限型，在生长季为能量限制型。在非生长季冠层表面导度（Gs）和ET/ETeq随土壤含水量（SWC）的升高而升高。在生长季，ET、ET/ETeq 和 Gs 与归一化植被指数 (NDVI) 成正比。NDVI 和冠层表明导度是控制玛曲草原ET年际变化的主要因素。对于高寒草地，土壤完全融化阶段的生态系统呼吸占年总量的80%以上。基于14个站点的观测数据显示，青藏高原草地生态系统呼吸的平均温度敏感性指数Q10为3.54。在年尺度上Q10表现为半湿润区域>半干旱区>干旱区，高寒草甸>高寒草原>高寒荒漠。Q10与10cm土壤含水量呈二次相关关系，表现为Q10值先随土壤湿度增加而增大，并在土壤湿度达到15~20%的阈值后趋于下降。Q10与10cm土壤温度的呈现出显著的负相关关系。本项研究对于深刻认识地气相互作用基本过程，改进陆面过程模式和提高数值天气预报准确性具有重要意义，对当地生态文明建设、水资源可持续发展、社会经济和地区稳定具有积极作用。