陆地生态系统通量观测的原理与方法(第二版)
陆地生态系统碳收支估算方法
大气反演法
大气反演法是基于大气传输模型和大气CO2浓度观测数据,并结合人为源CO2排放 清单,估算陆地碳汇
大气反演法的优点在于其可实时评估全球尺度的陆地碳汇功能及其对气候变化的响 应
其局限性主要包括:目前,基于大气反演法的净碳通量数据空间分辨率较低,无法准确 区分不同生态系统类型碳通量;大气反演法结果的精度受限于大气CO2观测站点的数量 与分布格局(目前CO2浓度观测站主要分布在北美和欧洲,发展中国家地区观测站分布非 常有限)、大气传输模型的不确定性、CO2排放清单(如化石燃料燃烧碳排放)的不确定性 等;大气反演法普遍未考虑非CO2形式的陆地与大气之间的碳交换,以及国际贸易导致的 碳排放转移
涡度相关法
由于区域尺度上人为影响普遍存在且对碳汇有明显影响,涡度相关法通常很少用于直 接估算区域尺度上碳汇大小,更多用于理解生态系统尺度上碳循环对气候变化的响应过程
该方法可以对森碳通量进行长时间的观测研究，并且具有较高的精度
生态系统过程模型模拟法
基于过程的生态系统模型通过模拟陆地生态系统碳循环的过程机制,对网格化的 区域和全球陆地碳源汇进行估算,它是包括全球碳计划在内的众多全球和区域陆地生 态系统碳汇评估的重要工具
模型构建法是据所涉及碳库类型、方法学层级、研究区域的不同，基于足量基 础数据构建的一种不仅限于森林地上碳库具有模拟预测功能的多尺度简便计算模型
代表模型主要有 CBM-CFS3、CENTURY、ROTHC、BIOME-BGC、IBIS、 CASA 模型等
生态系统过程模型模拟法
（1）CBM-CFS3 模型是一种基于 Tier 3 方法学模拟林分尺度、景观尺度等 多尺度地上与地下碳动态的森林碳汇动态模型。该模型可以模拟多尺度下不同经营 管理模式、不同土地利用变化下的碳汇动态变化
应用涡度相关技术监测地表蒸发蒸腾量的研究进展
的脉动量；λET 为潜热通量（W·m-2）；ET 为蒸发蒸 腾量（kg·m-2·s-1）；λ 为水的汽化潜热（J·kg-1）；q′ 为比湿的脉动值； w′q′ 表示垂直风速与比湿脉动的协 方差。
上式表明，只需测量垂直风速与比湿脉动的协方 差，便可求出对应的垂直水汽通量或蒸发蒸腾量。
（1 中国农业大学中国农业水问题研究中心，北京 100083；2 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；3 广西大学农学院，南宁 530005）
摘要：准确测定地表蒸发蒸腾量对于研究土壤-作物-大气系统内水循环及水资源优化管理等意义重大。测量 蒸发蒸腾量的方法较多，但涡度相关法被公认为标准方法。本文简要回顾了涡度相关技术的发展历程与基本原理， 概述了其优缺点，着重总结了耗水监测方面的重要成果，并从观测系统升级﹑方法改进及数据的空间拓展等方面 探讨了今后的研究重点。
然而，下垫面种类繁多，而 FLUXNET 的观测站 点在空间与植被类型上分配极为不均[1]，准确评价全 球尺度水循环过程存在很大难度。迄今为止， FLUXNET 的研究重点和兴趣更多是关于 CO2 的通量 问题。因此，建设更多的新站点，增加观测数据的代 表性，加强水分通量的研究是通量界面临的重要任务 之一。
中国农业科学 2008,41(9):2720-2726 Scientia Agricultura Sinica
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2008.09.020
应用涡度相关技术监测地表蒸发蒸腾量的研究进展
李思恩 1，康绍忠 1，朱治林 2，杜太生 1，佟 玲 1，李伏生 3
= ρa w s + ρa w′s′
因为垂直风速的平均值较小，可忽略垂直平流量，
区域尺度无人机涡动相关通量观测系统的应用研究
区域尺度无人机涡动相关通量观测系统的应用研究孙义博;张文宇;苏德;耿冰;林兴稳;陈琪婷;姜鹏翰;荆俊平;全占军【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2022(42)22【摘要】陆地生态系统的水热循环与碳循环是陆地表层系统中物质能量循环的核心,其中区域尺度地表水、热、碳通量的直接观测是当下陆地生态系统通量观测与模拟研究中的热点与难点。
机载涡动相关方法能够直接观测区域尺度生态系统通量,基于无人机平台的涡动相关通量观测技术同时兼具了区域覆盖性与经济灵活性等优点,是机载通量观测技术的最新发展方向。
在介绍机载涡动相关通量观测方法的主要技术原理、观测特点以及无人机通量观测系统组成的基础上,通过在相对均匀的区域开展无人机与地面通量观测对比试验,采用谱分析、观测结果对比以及源区分析等方式对无人机通量观测系统的性能进行了初步评价。
结果表明:无人机通量观测系统能够实现对大气高频湍流信号的有效采样;无人机与地面观测的湍流通量具有较好的一致性,但是感热和CO_(2)通量出现了低估、潜热和摩擦风速出现了高估;观测平台与仪器的差异、垂直通量辐散、大气边界层条件、不同的地面源区及地表异质性的影响是造成二者差异的潜在主要因素。
最后对未来研究目标进行了展望,以进一步推动该技术在相关领域中的应用。
【总页数】15页(P9309-9323)【作者】孙义博;张文宇;苏德;耿冰;林兴稳;陈琪婷;姜鹏翰;荆俊平;全占军【作者单位】中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室;中国环境科学研究院生态研究所;中国环境科学研究院国家环境保护区域生态过程与功能评估重点实验室;井冈山生态环境综合观测研究站;中国民航大学航空工程学院;北京市社会科学院;浙江师范大学地理与环境科学学院;中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室;国家海洋技术中心;中国环境科学研究院【正文语种】中文【中图分类】V27【相关文献】1.应用涡动相关技术的底栖溶解氧通量原位观测——以青岛汇泉湾砾石海滩短周期变化为例2.基于涡动相关技术的底栖溶解氧通量原位观测——以青岛汇泉湾砾石海滩短周期变化为例3.水环境涡动相关通量观测技术的实现与应用4.科尔沁梯级生态带大孔径闪烁仪与涡动相关仪观测显热通量间的尺度关系5.基于涡动相关仪的农田下垫面观测通量的变化特征分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
路域生态系统论文
路域生态系统论文1陆地生态系统植被碳汇计算方法1、1关于模型模拟法，中国学者借鉴国外经验改进了CEVSA，CASA，GLO－PEM，BEPS等多个陆地生态系统碳循环模型，同时根据中国的情况研发了AVIM2，Agro－C，FOＲCCHN，DCTEM等陆地生态系统模型，研究了陆地生态系统的净初级生产力和碳储量、气候变化和土地利用变化对中国陆地生态系统碳循环的影响等问题。
这些模型现在已经被广泛地应用于草地、农田、森林等生态系统生物量和生产力的模拟，并且对不同的生态系统类型分别建立了不同的参数和计算系统。
模型一般以天或月为运行的时间步长，模型参数涉及气温、降雨量、光照等气候因子，植物本身的生物学特性、土壤特性等指标来计算生态系统的生物量和生产力。
1、2现场实测法现场调查法一般是指设立典型的样地，通过收获植被生物量、枯落物和土壤等碳库的碳储量，在连续测定的基础上可以分析生态系统各部分碳库之间的流通量，输入系统的NPP和离开系统的枯落物与土壤的碳排放速率。
然而对于大面积的森林植被采用收获法测定碳汇量比较困难，一般伐倒少许树木，确定生物量与胸径或树高的回归关系，然后利用回归关系和所有树木的实测胸径或树高推算样地的生物量，而区域性的森林资源清查数据主要是木材材积量，还需要借助生物量换算因子(BEF)等方法才能将其转换为森林植被生物量，再根据生物量与碳量的转换系数求林地的固碳量。
对于园林植被，一般根据不同植物个体的叶面与胸径、冠高或冠幅的相关关系，通过实测建立不同植株个体绿量的回归模型，应用回归模型计算绿地或地区绿量的总和，从而在实测单株植物固定CO2碳量基础上，根据绿量即可计算出植被的固碳量。
1、3遥感估算法遥感估算法是指通过遥感手段从遥感数据中获取归一化植被指数(NDVI)，在GIS技术的支持下，建立NDVI与叶面积指数及植被覆盖度等的关系，结合地面调查，推断出植被指数与生物量之间的关系进而求得生物量，然后计算碳汇储量。
涡度协方差计算碳通量
涡度协方差计算碳通量涡度协方差法是一种常用于计算陆地生态系统碳通量的方法。
通过测量大气和植被层的温度和湿度变化，结合涡度相关技术和统计学方法，可以估算出碳通量的速率和方向。
本文将介绍涡度协方差法的原理、数据采集和处理流程，并探讨其在碳通量研究中的应用。
1. 原理涡度协方差法基于湍流理论，将陆地生态系统中的碳转化过程视为湍流运动。
湍流对水汽和热量的垂直混合导致温度和湿度的不均匀分布，进而影响大气和植被层之间的气体交换。
涡度协方差法通过测量和分析这种垂直湍流运动，计算出碳通量的大小和方向。
2. 数据采集涡度协方差法需要收集大气和植被层的相关气象数据，包括温度、湿度、风速和风向。
这些数据可以通过气象站、自动气象站或先进的遥感技术获取。
为了获取准确的结果，需要在地面上安装测量仪器，并进行现场观测。
数据采集的时间跨度应覆盖较长的时间段，以获得更全面的信息。
3. 数据处理将采集到的温度、湿度、风速和风向数据进行处理，得出碳通量的计算结果。
数据处理时需要注意以下几个方面：- 数据质量控制：对所采集的数据进行质量控制，剔除异常值和误差较大的数据。
- 时间尺度划分：将数据按照一定的时间尺度（如小时、日、月）进行划分和平均，以获得更稳定和可靠的结果。
- 湍流运动分析：使用涡度协方差相关技术，分析湍流运动的特征、强度和方向，推导出碳通量的速率和方向。
4. 碳通量估算通过涡度协方差法计算得出的涡度协方差通量（CO2 flux）是描述大气和植被层之间的碳交换速率的关键参数。
根据湍流理论和质量守恒原理，可以估算出碳通量的大小和方向。
在陆地生态系统中，正值表示植被吸收大气中的CO2，负值表示植被释放CO2到大气中。
5. 碳通量研究应用涡度协方差法被广泛应用于陆地生态系统的碳通量研究中，包括森林、草地、湿地等不同类型的生态系统。
通过对碳通量的观测和分析，可以评估生态系统的碳收支、碳储量和碳交换对气候变化的响应。
同时，涡度协方差法也可用于验证和改进碳循环模型，提高对碳通量的预测和估算精度。
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【摘要】涡度相关技术是测定大气与陆地生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法,可用于研究土壤、植被与大气间的CO2交换及其调控机制.收集了11个影响净碳交换量的主要变量信息,包括气象因素、土壤因素和地形因素的非生物因子、实际植被状态以及植被生产力,采用多元地理变量空间聚类分析方法,绘制出不同聚类数(25、50、75、85、100、150和200类)的通量生态区.结合中国现有通量观测站点的空间分布格局,与新生成的通量生态区和已有的自然地理区划进行对比分析,发现由于中国地形复杂,生态系统类型多样,现有85个涡度相关通量观测站点仅能刻画部分中国生态系统类型的净碳交换量时空特征,通量生态区划分为100-150类比较合适.考虑到涡度相关通量观测运行成本,通量站点可增加至150个,从而使得优化后的通量观测网络能够代表中国主要类型的生态系统,并且有利于通量观测数据与遥感资料的有效结合,提高碳水通量观测从站点扩展到区域尺度的精度,从而更好地检验过程机理模型的模拟结果.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)024【总页数】14页(P7715-7728)【关键词】涡度相关通量;生态区;多元地理变量;空间聚类【作者】王绍强;陈蝶聪;周蕾;何洪林;石浩;闫慧敏;苏文【作者单位】中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院大学,北京100049;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101;中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室,北京100101【正文语种】中文涡度相关技术是测定大气与生态系统之间CO2交换、水分和能量通量最直接的方法，所提供的数据越来越多地被用作区域性和全球性陆地生态系统和大气间CO2、水、能量交换的分析依据［1］。
陆地生态系统通量观测的原理与方法
陆地生态系统通量观测是指对陆地生态系统进行实时或近实时的监测，以获取其能量、物质和信息的流动情况。
这些流动情况可以帮助我们了解陆地生态系统的运作机制，为环境管理、生态系统模拟和模型建立提供数据支持。
通量观测的原理基于物理和化学定律，比如气体定律、热力学第一定律和热力学第二定律。
通量观测的方法通常包括测量气体浓度、温度、湿度、风速和风向等参数，以及利用生物标志物（如树干呼吸、土壤呼吸、植物光合作用等）来估算生态系统的能量和物质流动。
还可以使用传感器、监测站和遥感技术进行通量观测。
举个例子，对于森林生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量森林中二氧化碳的浓度，从而估算森林的碳汇能力。
还可以利用森林的树干呼吸（即树干对大气中二氧化碳进行吸收和释放的过程）来估算森林的碳汇能力。
还可以使用遥感技术对森林的生长情况进行监测，如利用卫星遥感数据来估算森林的蓄积量、森林覆盖度和叶面积指数（LAI）等。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算森林的能量和物质流动情况。
对于草地生态系统的通量观测，可以使用气体分析仪测量草地中的氧气和二氧化碳浓度，从而估算草地的碳汇能力。
还可以使用生物标志物，如土壤呼吸、植物光合作用和蒸腾速率来估算草地的能量和物质流动情况。
通量观测也可以应用于其他陆地生态系统，如农田、城市和沙漠等。
不同的生态系统可能需要使用不同的观测方法和技术，但基本原理是相通的。
涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用
1. 引言涡度相关技术是一种用于测量大气和陆地生态系统之间气体和能量通量的先进技术。
它通过测量空气中的微小涡旋来分析和计算各种气体（如二氧化碳、水汽、氮氧化物等）和能量（如热量）在不同生态系统中的通量。
本文将着重介绍涡度相关技术的原理、应用及其在陆地生态系统通量研究中的重要性。
2. 涡度相关技术的原理涡度是指流体（气体或液体）中的旋转运动。
在大气和陆地生态系统中，气体和能量的传输是通过对流和涡旋的方式完成的。
涡度相关技术利用了这种特性，通过测量单位时间内某一点上的气体或能量的变化来计算通量。
主要的涡度相关技术包括风速测量、气体浓度测量和温度测量，通过这些参数的测量和计算，可以得到气体和能量的通量数据。
3. 涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中的应用涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中有着广泛的应用，特别是在研究碳循环、水循环和能量平衡等方面。
它可以帮助科研人员更准确地了解生态系统中气体和能量的流动情况，进而对生态系统的健康和功能进行评估和预测。
涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中的重要性不言而喻。
它可以帮助科研人员更全面地了解生态系统的气体交换和能量平衡，为进一步的生态系统研究提供宝贵的数据支持。
通过这些数据，科研人员可以更好地理解生态系统的结构和功能，并对其未来的发展趋势做出更准确的预测。
5. 个人观点和理解作为一种先进的气体和能量通量测量技术，涡度相关技术在陆地生态系统通量研究中发挥着不可替代的作用。
它为科研人员提供了一种全新的研究方法和数据来源，使他们能够更深入地了解生态系统的运行规律和响应机制。
我个人认为，涡度相关技术将会在未来的生态学研究中发挥越来越重要的作用，为人们探索地球上的自然奥秘提供强有力的支持。
6. 总结涡度相关技术是一种重要的气体和能量通量测量技术，它在陆地生态系统通量研究中有着广泛的应用前景。
通过对涡度相关技术的深入了解和应用，我们可以更好地认识和保护地球上的生态系统。
希望本文的介绍能够让您对涡度相关技术有更清晰的认识，对陆地生态系统通量研究有所启发。
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陆地生态系统通量观测的原理与方法（第二版）
陆地生态系统通量观测是深入了解陆地生态系统及其能量循环的关键。
波尔特（Pörtner）等人的第二版《高等教育：陆地生态系统通量观测的原理与方法》，
将围绕国际包括学科，把握最先进的理论研究，分析研究范围，结合地方实践，意在引导读者利用适当的参数来理解陆地生态系统通量观测，从而深入探讨全球变化如何影响大尺度通量，以及改写通量观测计划。
本书首先介绍了陆地生态系统通量观测关键概念及关联框架，提供了基础知识。
然后，重点介绍了这一领域的观测原理，着重讨论了气候变化对植被通量的影响，并列出了各种远距离观测技术以及如何从这些技术中选择最佳观测模式。
这些讨论旨在激发读者关注和技能，帮助读者构建有效的科学设计，以评估陆地生态系统通量的变化。
此外，该书还讨论了数据处理的的多种实证方法，如回归分析，相关性分析，
统计模型等，着重介绍了观测设计、数据处理与结果评估的全过程，并针对实际情况提供了丰富的实用技巧和经验。
对于那些有兴趣深入研究陆地生态系统通量学的学生而言，这本书无疑可以为学习概念及其实施提供一个完整而又有效的框架。
因此，它所提供的全面信息及知识资源，为读者实现陆地生态系统通量观测的学习提供了有力的帮助。