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 学科前沿
中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究 第1期
国家重点基础研究发展规划项目

中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究

简 报

项目办公室编 第1期 2003年7月28日

国家973计划“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”项目自今年正式启动以来,历时约半年。虽然由于“非典”的影响,研究工作一度面临着许多困难,但我们的科研人员仍克服了重重阻力,使各方面工作都逐渐步入正轨。根据各个课题与项目办公室的交流与沟通情况得知,许多课题的研究已开始执行,目前项目整体的研究工作进展顺利。

第一课题于今年四月份完成了内蒙古锡林郭勒草原碳通量观测站的建设,并投入运行。7月12日CERN综合中心于贵瑞主任、孙晓敏研究员等研究人员来到拉萨高原生态试验站,开始设计制作涡度相关观测仪器的配件设施。16日,于贵瑞主任、孙晓敏研究员和拉萨站人员一行9人前往藏北当雄县草原站选点和安装涡度相关微气象观测设施。18日安装调试完毕,19日开始正式观测和采集数据。截至目前为止,4个森林站、3个草原站和1个农业站的通量观测研究工作已经全面展开,获得了可靠的观测数据。

7月15日路甬祥院长、陈宜瑜副院长和傅伯杰局长来拉萨站视察指导工作,参观了仪器的调试和运行情况,对在西藏高原建立通量观测网表示非常关注,路院长等院领导希望拉萨站通过加入CERN和通量观测网为契机,开展高原生态学和比较生态学研究,揭示高原生态学的科学规律。

第一课题碳储量研究人员于7月16―29日赴内蒙古自治区进行草地样带野外考察,重点考察呼和浩特、土牧尔台、朱日和、二连浩特、锡林浩特、林西、通辽等地的沙漠、温带丛生禾草草原、温带丛生矮禾草草原、温带禾草草原、科尔沁沙地以及赤峰的羊草草原,观测地表反照率、太阳总辐射、地物光谱、叶面积指数、生物量等,并采集灌淤土、棕钙土、黑钙土、栗钙土、风沙土等土壤样本,为室内研究工作的开展提供原始资料。

第二课题最近新建六角形开顶箱,高4.2米,内径4米,共6个。其中三个为一组,分别布置在红松林和长白赤松林(平行样本),箱内具有温湿自动记录系统,箱内的CO2自动控制正在设计中。

第四课题研究人员为制定现场研究方案,一行3人于2003年3月下旬去黄河口作了初步的考察。范围包括黄河利津站至河口的水文现状和在各区段设站的现实性;对河口水上三角洲研究的路径和陆地实验基地(包括临时性实验室)的设立位置等。7月9―12日,一行5人去黄河河口河道内的淡盐水混合段取回了6个站位的第一批样品。目的是:了解枯水期河道内淡盐水混合的梯度;为淡盐水混合絮凝沉降研究的室内模拟实验取样。8月份计划同973项目“中国典型河口-近海陆海相互作用及其环境效应”(首席科学家翟士奎、丁平兴)合作,对黄河河口水上三角洲及其近海开展较大规模的调查研究。目前正在进行航次前的准备工作(调试设备、补充仪器、制备标准、配制试剂、人员培训等)。该航次的研究目的是了解夏季(8月份)黄河河口水上三角洲水动力因素和海洋生物活动对各形态碳迁移、扩散过程的控制。

第六课题分析了目前不同种类生态系统碳循环模型中遥感的地位和作用,以及相关模型对遥感数据的要求,开展了以下几方面的研究:(1)开展了山地植被冠层辐射传输模型研究,以改进目前叶面积指数(LAI)反演所用的冠层辐射传输模型,并进行了LAI反演方法和反照率反演方法探讨。(2)开展将单层模型中空气动力学温度和冠层辐射温度之间关系,双层模型的简化求解方法和基于遥感像元的通量计算方法等应用于陆地生态系统碳循环遥感模型的研究工作。此外,在温度反演中涉及的冠层有效发射率的计算方面,给出了包括一次散射的有效发射率近似计算公式;开展了森林生态系统的碳储量的调查,在千烟洲试验站组织学生及工作人员开展森林碳储量的调查,主要调查树木地上部分的生产力及生物量,目前已经完成部分样地的前期勘测调查工作,包括样地选择定界、标准木挂牌、测量胸径等工作,生产力模型的建立工作正在进行。

第六课题MODIS参数反演专题研究人员从2002年12月开始,围绕陆地生态系统参数信息提取的要求,主要做了如下工作:MODIS数据预处理及大气参数信息提取、陆地生态系统信息提取、陆地生态系统背景信息提取及陆地生态系统灾害信息提取等四方面工作。

第六课题碳过程时空尺度转换专题研究方面,运用格点生成方法和网格计算技术,建立了一个旨在为生态系统三维动态数值模拟服务的曲面模型(HPSM)。通过比较新建模型HPSM与传统模型TIN对 标准曲面的模拟结果发现:HPSM模拟得到的曲面和等高线与实际情况基本吻合;而TIN模型的模拟结果与标准曲面相比有较大的差异,模拟曲面出现了棱角、峰值被削平等不合理现象,等高线图的中心部分本应该近似于同心圆,而TIN模型的模拟结果却是棱形或者其它形状的多边形。误差分析结果表明:对各种计算步长和采样间距, HPSM的绝对误差和相对误差都远小于TIN;而且随着计算步长和采样间距的增加,HPSM误差的增长速度远低于TIN误差的增长速度。HPSM的应用和发展将改进计算机辅助设计系统、解决地理信息系统 (GIS)面临的多维功能和尺度转换问题。它将彻底解决地理信息系统领域目前亟待解决的三大理论问题:(1)数字地面模型的误差问题,(2)数据融合的多尺度问题,(3)数据融合的多源性问题。HPSM为建立评价区域碳通量/储量的时空尺度转换方法奠定了理论基础。

国家973计划CCDMCTE项目办公室

2003年7月28日


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