青藏高原散射辐射特征及其对高寒草甸生态系统碳收支影响的研究

摘要

青藏高原是地球上接收太阳辐射量最多的地区之一。散射辐射是太阳辐射的重要组成部分，主要决定于太阳高度角、水汽、云和气溶胶的变化。受海拔高度的影响，高原上的散射辐射与低平原不同。高寒草甸是青藏高原上分布最为广泛的植被类型，是世界上最辽阔的高寒草甸生态系统，亦是地球上生物多样性最丰富的草原生态系统之一。青藏高原的草地生态环境存在着抗逆性差、脆弱的特点，对气候变化表现极为敏感。太阳辐射是陆地生态系统进行光合作用，制造有机物质的唯一能量来源，因此，辐射状况对生态系统的碳收支有很大影响。散射辐射变化对生态系统碳收支的影响已越来越引起国内外学者的重视，特别是在太阳辐射资源丰富的青藏高原，广阔的高寒草甸生态系统的碳收支对全球碳循环都可能造成很大影响。探讨青藏高原的散射辐射特征及其对高寒草甸生态系统的影响对进一步揭示该生态系统的碳收支状况及其影响机制有着重要意义。
　　 本研究利用微气象观测方法，对位于青藏高原东北部高寒草甸生态系统的太阳总辐射、直接辐射以及环境因子的长期观测，揭示了该生态系统散射辐射的季节和日变化特征。同时，利用涡度相关技术观测青藏高原高寒草甸生态系统的碳/水通量，探讨分析了散射辐射变化对高寒草甸生态系统碳收支的影响。本研究的主要结果如下：
　　 1.一年中，青藏高原高寒草甸生态系统的散射辐射最高值出现在气候较干燥、植被尚未开始生长、浮沉较多的4月。由于水汽的影响，使夏季散射辐射所占总辐射的比例亦较大。
　　 2.一日中，由于午后常常产生对流现象，高原上散射辐射的日最高值出现在午后，而并非出现在太阳高度角最高的正午。
　　 3.晴空指数的变化对散射辐射有较大的影响。在晴空指数为0.45时，散射辐射占大气上界太阳辐射的比例最高，即对散射辐射的贡献最大。晴空指数过高或过低的情况下，散射辐射反而减弱。晴空指数大于0.3时，散射辐射占总辐射的比例随晴空指数的增加而呈现线性降低现象。
　　 4.散射辐射随着太阳高度角的增大而增加。但在不同的晴空指数条件下，散射辐射随太阳高度角增加的趋势不同，多云时增加较快，阴天和晴天时增加幅度较缓。
　　 5.高寒草甸生态系统在7月中旬至8月中旬的生长旺季呈现出较强的碳汇，而在4月下旬和10月下旬则表现为明显的碳源。
　　 6.散射指数对光能利用有显著的影响，在5-9月的生长季节中，光能利用率的最高值出现在7-8月，且晴天的光能利用率明显低于多云和阴天。
　　 7.在植被生长状况稳定的7-8月，光能利用率的日最高值出现在午前，午后有所降低，其原因可能是在午后生态系统呼吸量有所增加，导致NEE下降。
　　 8.在不同天气状况下，晴天的NEE最大，NEE随太阳高度角的增加而增大。但在相同太阳高度角时，散射指数在0.4-0.6之间时，NEE达到最大。同时，不同天气状况下，光量子通量密度（PPFD）相同时，散射指数越大，NEE越大。

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章 前言

第一节 太阳辐射及其影响因子

1.1.1 太阳辐射

1.1.2 影响太阳辐射的因子

第二节 全球变化与生态系统碳收支

1.2.1 全球变化

1.2.2 生态系统碳收支

1.2.3 影响生态系统碳收支的因子

第三节 国内外研究动态

1.3.1 国外研究动态

1.3.2 国内研究动态

第四节 研究内容和研究目的

1.4.1 问题的提出

1.4.2 主要研究内容

1.4.3 研究目的

第二章 研究方法和数据处理

第一节 研究地概况

2.1.1 研究地概况

2.1.2 研究地植被组成

第二节 研究方法与数据统计

2.2.1 研究方法

2.2.2 数据处理与分析

第三章 青藏高原散射辐射特征

第一节 结果与分析

3.1.1 辐射的季节变化

3.1.2 晴空指数的定义

3.1.3 辐射日变化

3.1.4 散射辐射与晴空指数的关系

3.1.5 散射辐射与太阳高度角的关系

第二节 讨论

3.2.1 散射辐射的时间变化

3.2.2 影响散射辐射的因子

3.2.3 小结

第四章 散射辐射对高寒草甸生态系统碳收支的影响

第一节 结果与分析

4.1.1 散射指数定义

4.1.2 环境因子季节变化

4.1.3 生态系统植被的季节变化

4.1.4 生态系统碳收支的季节变化

4.1.5 生态系统碳通量的日变化

4.1.6 不同天气状况的碳收支变化

4.1.7 光能利用率的季节变化

4.1.8 光能利用率的日变化

第二节 讨论

4.2.1 植被状况与生态系统碳收支

4.2.2 环境因子

4.2.3 生长季散射指数的频度分布

4.2.4 散射指数对光能利用率的影响

第三节 小结

第五章 综合讨论和结论

第一节 综合讨论

第二节 主要结论

附表

参考文献

致 谢

个人简历