【摘要】：水分利用效率(WUE)定義為總初級生產(chǎn)力(GPP)與蒸散發(fā)(ET)的比值,它是聯(lián)系陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和水循環(huán)的關鍵指標。通過耦合水汽壓差(VPD)對WUE的非線性影響,本論文提出并驗證了陸地生態(tài)系統(tǒng)潛在水分利用效率(uWUE)模型。在此基礎上,建立了陸地生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)分離的新方法——uWUE方法,并將其應用于黑河流域的3個典型生態(tài)系統(tǒng)�；�4個陸地生態(tài)系統(tǒng)模型,分析了uWUE對20世紀全球環(huán)境變化的響應特征。將基于植物氣孔的碳水交換過程與最優(yōu)化氣孔導度模型相結合,理論推導得到uWUE(=GPP·VPD~(0.5)/ET)模型。在日內(nèi)半小時尺度上,證明uWUE模型相比IWUE(=GPP·VPD/ET)或WUE(=GPP/ET)模型更穩(wěn)定。建立GPP-ET-VPD日內(nèi)滯后模型,進一步驗證了GPP·VPD~(0.5)與ET的強相關關系。在日尺度上,證明日平均VPD可以替代日有效VPD,保證uWUE模型升尺度的穩(wěn)定性。日尺度GPP·VPD~(0.5)與ET之間(r=0.85)的線性相關系數(shù)比GPP·VPD與ET之間(r=0.81)更高。基于uWUE與IWUE模型模擬日尺度GPP,發(fā)現(xiàn)uWUE模型(r=0.81)的模擬效果顯著好于IWUE模型(r=0.59)。提出潛在uWUE(uWUEp=GPP·VPD~(0.5)/T)和表觀uWUE(uWUEa=GPP·VPD~(0.5)/ET)的概念,采用uWUEa與uWUEp的比值估算生態(tài)系統(tǒng)蒸騰比(T/ET)。在單一植被類型的站點,uWUEp保持相對穩(wěn)定,且站點uWUEp與葉片尺度uWUE基本一致。對于落葉植被,T/ET與植被覆蓋度之間呈現(xiàn)強線性相關關系。uWUE方法為生態(tài)系統(tǒng)蒸散發(fā)分離提供了一個簡單的新途徑,將進一步推動全球通量觀測在蒸散發(fā)分離方面的應用。將uWUE方法應用于黑河流域的3個典型生態(tài)系統(tǒng),并與傳統(tǒng)的蒸散發(fā)分離方法進行對比。在生長高峰期,采用uWUE方法估算日尺度T/ET與穩(wěn)定同位素及蒸滲儀/渦動相關方法具有較好的一致性。uWUE方法與莖流計方法估算的蒸騰具有一致的季節(jié)及日內(nèi)變化過程。此外,采用uWUE方法能避免尺度不匹配問題,且能有效捕捉植被變化及灌溉等因素對T/ET的影響。最后,提出了一個綜合歸因分析方法,采用4個陸地生態(tài)系統(tǒng)模型,分析了1901-2010年間全球環(huán)境變化因子的趨勢和年際變異性對陸地生態(tài)系統(tǒng)uWUEa變化的貢獻。發(fā)現(xiàn)大氣CO_2濃度的增長趨勢對uWUEa的趨勢起決定作用,而氣候的年際變異性是決定uWUEa年際變異性的主要因素。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X171.1
【圖文】：

第 1 章 緒論騰比與植被指數(shù)的線性相關關系，揭示了植被覆蓋度的季節(jié)變化對生態(tài)系統(tǒng)比的控制作用。第 5 章對比分析了黑河流域上、中、下游三種典型的氣候及植被條件下UE 與蒸騰比的年際及季節(jié)變化特征。將 uWUE 方法與穩(wěn)定同位素、蒸滲儀流計等方法對比，一方面驗證了 uWUE 方法分離蒸散發(fā)的有效性，另一方面示出，在實際應用過程中，uWUE方法相比這些傳統(tǒng)方法的優(yōu)越性。第 6 章采用生態(tài)系統(tǒng)模型的手段，分析了氣候變化、大氣 CO2濃度升高地利用變化以及氮沉降等全球變化因素對 uWUE 多年變化趨勢及年際變異性獻。同時，從植物生理變化和冠層結構變化的角度，分析了大氣 CO2濃度升生態(tài)系統(tǒng) uWUE的影響機理。第 7 章對本研究進行了總結和展望，包括論文的主要結論和創(chuàng)新點，研存在的不足之處及對后續(xù)研究的展望。

2.2 US-Ne1 站點（a）GPP，（b）VPD，（c）GPP VPD，（d）GPP VPD0別與 ET 的日內(nèi)相關關系（2002 年 6 月 24 日）。從 GPP、ET 和 VPD 日內(nèi)滯后關系的角度出發(fā)，建立三者的日內(nèi)滯從而分析 VPD 對于消除 GPP 與 ET 之間滯后期的作用。本研究中，曲線模擬 GPP、ET 和 VPD 的日內(nèi)變化過程（Zhang et al., 2014）。之間的滯后期，建立滯后模型如下： = 0 (2 0) （2- = 0sin2 ( 1) 0（2- = 0sin2 ( 2) 0（2- 0 02, 1 2 0 04，ET0、GPP0、VPD0分別表示三者日內(nèi)過程的峰值，T0為正弦曲線

植被類型日有效 VPD 與日平均 VPD 的比值 λ 的分布特征。模型（k=0.5）；（b）IWUE 模型（k=1）。 2006 年 US-Goo 站點日有效 VPD 與日平均 VPD 的線性相關

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2746629