长沙市城市生态系统碳通量时间变化与影响因子研究

摘要

受温室气体排放增加的影响，全球气温逐渐增加，气候变暖。城市与人类的关系密切，使城市生态系统在全球变化中起着重要作用。而城市生态系统逐渐成为大气中一个重要碳源。全球已有的对城市生态系统CO2通量的研究主要集中在欧美、日本等发达国家，但与森林、草地、湿地和农田生态系统等下垫面较为均一的陆地生态系统相比，研究仍然较少。本文以城市生态系统为研究对象，基于涡动相关技术获取的2012～2014年连续观测的长沙市城市生态系统碳通量及与碳循环的相关数据，分析了城市生态系统碳通量变化特征及其影响因子。主要结论如下:
　　(1)二次坐标旋转(DR)或三次坐标旋转(TR)变换的pitch角和TR变换的roll角变化大且有明显的方向性，平面拟合(PF)变换的pitch角和roll角数值固定;平均垂直速度观测值不为0，DR和TR变换使全年平均垂直速度为0，PF变换使平均垂直速度明显减小，但不为0。PF变换后的碳通量(Fc_PF)与测定的碳通量（Fc_measured）的相关性与DR变换后的碳通量(Fc_DR)与测定的碳通量(Fc_measured)的相关性。因此，平面拟合倾斜校正方法最适合于本研究。
　　(2)气温呈单波型变化，月均最高气温出现在7月，最低气温出现在1月或2月。各月降水分布非常不均匀，但主要集中在上半年，月总降水量最多在5月、6月，最少在10月、12月。PAR年变化与温度相似，最大月总量出现在7月，最小月总量出现在1月，年变化幅度大。
　　(3)CO2通量具有明显的日变化和季节变化特征。在一天当中，夜间CO2通量为正值且变化幅度小，白天CO2通量基本上为负值且变化幅度大，CO2通量负值持续时间随季节不同而不同。CO2通量日变化有“双峰双谷”的特点，峰值受人为活动影响，谷值受环境因素影响。由1月到7月，平均日较差逐月增大，由7月到12月平均日较差逐月减小。在一年中，CO2通量呈多种变化趋势，最小值一般出现在夏季，最大值与人为排放有关，规律性不强。
　　(4)碳通量对环境因子的响应与时间尺度有关。温度在日、月尺度上与CO2通量呈负相关关系;光合有效辐射(PAR)在日尺度上与CO2通量呈对数函数关系，在月尺度上呈二次多项式函数关系;风速与CO2通量在日尺度上有三次多项式函数关系。风向与CO2通量呈正弦关系。不同类型下垫面的分布会对CO2通量产生影响，风向在0～180°，源大于汇，在180～360°汇大于源。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 涡动相关理论与方法的研究

1．2．2 国内外研究现状

1．3 研究目的与研究内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

2 研究地概况及研究方法

2．1 研究地概况

2．2 通量观测系统组成

2．3 通量计算方法

2．3．1 涡动相关数据修正

2．3．2 通量数据质量控制

2．3．3 缺失数据插补

2．4 数据处理流程

3 不同坐标变换方法对CO2通量的影响

3．1 风向与Pitch角、Roll角及平均垂直风速的关系

3．2 坐标变换后CO2通量与CO2通量观测值的关系

3．3 小结

4 长沙市CO2通量的时间变化特征

4．1 CO2通量典型日变化

4．2 CO2通量月平均日变化

4．3 CO2通量的年进程

4．4 CO2通量的年变化

4．5 小结

5 CO2通量对环境因子的响应

5．1 主要环境因子的变化特征

5．1．1 温度

5．1．2 降水

5．1．3 光合有效辐射

5．2 CO2通量对温度的响应

5．2．1 日尺度

5．2．2 月尺度

5．3 光合有效辐射对CO2通量的影响

5．3．1 日尺度

5．3．2 月尺度

5．4 风速与风向对CO2通量的影响

5．5 小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录 攻读学位期间的主要学术成果

致谢