论文部分内容阅读
陆地生态系统可以通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，植物在获取碳的同时要消耗一定量的水，在陆地生态系统中，碳水循环通过气孔耦合在一起。水分利用效率(WUE)，即植被总初级生产力(GPP)和蒸散发(ET)的比值，可以量化碳水循环的耦合关系。理解陆地生态系统碳水耦合特征不仅有助于全球碳收支的评估，还可以帮助人们了解气候变化对于全球碳水平衡的影响。 卫星遥感观测系统和地面的通量观测网络具有高度的时空互补性，全球卫星遥感观测系统则可以量化生态系统碳水循环在空间尺度上的变异性，而站点长期的通量观测数据可以用来解释生态系统碳水通量在不同时间尺度上的变化特征及其控制机理，两种不同观测系统的结合将有利于促进人们对生态系统碳水耦合的认知和理解，增强全球碳水循环的研究能力。同位素具有分馏效应，水汽稳定同位素组成可以在理解水汽运动过程和分析生态功能对环境的动态响应等研究中发挥重要作用。将水汽稳定同位素数据和水汽通量结合起来，可以进一步解释水分的交换特征和耗散机理。 本文利用MODIS陆地标准产品，遥感数据驱动的植被光合模型（VPM模型）和改进型基于Penman-Monteith公式的遥感模型(RRS-PM模型)，基于涡度相关的通量观测数据以及水汽稳定同位素数据，对长江三角洲陆地生态系统碳水耦合特征和驱动因子进行分析，本研究的主要结论如下: (1)GPP的时空变化特征 在针叶林，阔叶林，草地和农田生态系统中，GPP的季节变化呈双峰分布，两个极值出现在五月和八月。毛竹林GPP则为单峰模式，最大值出现在七月。在研究时段内，大部分植被类型的GPP呈现下降趋势。整体而言，区域的年平均GPP呈下降趋势。GPP的空间分布与土地覆盖类型有密切联系。GPP的高值出现在南部森林，低值出现在北部农田。 (2)ET的时空变化特征 在长江三角洲陆地生态系统中，ET的季节变化为单峰模式，最大值出现在7月。在研究时段内，所有森林植被类型的ET均呈上升趋势，草地和农田的ET呈下降趋势。整体而言，2001-2014年间，区域年平均ET呈上升趋势。空间分布上，与GPP类似，呈南高北低的态势。 (3)WUE的时空变化特征 在针叶林，阔叶林，草地和农田生态系统中，WUE的季节变化呈双峰分布，两个极值出现在四月和十月。毛竹林生态系统的WUE没有明显的季节变化模式。在研究时段内，所有森林植被类型的WUE均呈下降趋势。整体而言，区域的WUE呈下降趋势。长江三角洲中部和西北部地区陆地生态系统的WUE最小，最大值出现在南部和东北部。 (4)GPP，ET和WUE与驱动因子之间的响应模式 在长江三角洲陆地生态系统中，GPP与气温(Ta)呈指数相关，与年平均降雨量呈正线性相关，与年平均叶面积指数(LAI)呈正线性相关关系。在毛竹林中，GPP与净辐射(Rn)呈现指数相关，与饱和水汽压差(VPD)的关系采用多项式表示。在针叶林，阔叶林，草地和农田生态系统中，ET与Ta均呈指数相关，与年平均降雨量均呈正线性相关。ET与LAI的响应模式相对复杂，当LAI小于2时，ET基本呈线性增加，当LAI大于2之后，ET的增加速率逐渐下降。在毛竹林中，ET与Ta，Rn以及VPD均呈线性正相关。在森林生态系统中，氘过量与ET呈现正线性相关关系。在长江三角洲陆地生态系统中，WUE与VPD呈负相关关系。 (5)水循环过程中的水汽稳定同位素特征 在阔叶落叶混交林中，氘过量与相对湿度呈负线性相关关系，与ET呈正线性相关关系。研究表明，ET是下午d变化的主要驱动力。