太湖沉水植物区CO2通量变化特征及其驱动因子研究
  • 【摘要】

    内陆湖泊水体是地球生态系统的重要部分,尽管在全球表面积占比很小,但其对全球气候影响的重要性不可忽视。近十年来,人类不断认识到湖泊水体在碳循环方面的重要性,湖泊水体通过与大气间进行CO2交换,表现为大气CO2的源或者汇。由于湖泊水体碳排放估算方法大多运用大尺度经验模型,且缺乏长期连续观测数据对模拟结果进行验证。在利用不同观测方法进行观测时,由于观测方法之间的差异以及湖体类型研究的单一性使得内陆湖泊水... 展开>>内陆湖泊水体是地球生态系统的重要部分,尽管在全球表面积占比很小,但其对全球气候影响的重要性不可忽视。近十年来,人类不断认识到湖泊水体在碳循环方面的重要性,湖泊水体通过与大气间进行CO2交换,表现为大气CO2的源或者汇。由于湖泊水体碳排放估算方法大多运用大尺度经验模型,且缺乏长期连续观测数据对模拟结果进行验证。在利用不同观测方法进行观测时,由于观测方法之间的差异以及湖体类型研究的单一性使得内陆湖泊水体CO2排放量的估算不确定性较大。尤其对于存在水生植被的湖泊,其CO2的源肛特征会受到水生植被特征的影响。本项研究基于太湖中尺度通量观测网,针对太湖沉水植物区,利用涡度相关观测技术获得的2012-2017年CO2通量观测数据,结合气象数据和k-ε模型的模拟结果,重点分析太湖沉水植物区CO2通量时间变化规律及其驱动因子,并对太湖沉水植物区的CO2通量值进行估算。主要结果如下:
      (1)太湖沉水植物区CO2通量日变化明显,夜间出现明显的CO2负通量,表现为明显的大气CO2汇,白天CO2通量较高,整体表现为弱大气CO2汇。CO2通量最小值出现在夜间,最大值出现在清晨05:00,之后逐渐下降,直到下午。年平均日变化在-1.67到0.09μmol CO2 m-2 s-1之间。观测期间持续捕获到夜间CO2负通量。CO2通量季节性变化表现为夏秋季CO2吸收较强,冬春季CO2吸收较弱,月平均值范围在-2.23至0.19μmol m-2s-1之间,月总平均值为0.19μmol m-2 s-1。观测期间CO2通量年总平均值为-0.73μmol m-2 s-1,表现为大气CO2汇,2012-2014年CO2通量年平均值较小,为-0.89μmol m-2 s-1,2015-2017年CO2通量年平均值较大,为-0.57μmol m-2 s-1。
      (2)太湖沉水植物区夜间有明显的CO2吸收特征,夜间CO2通量负值可达-19.28μmol m-2 s-1,夜间CO2通量日平均值为-1.14μmol m-2 s-1。夜间CO2吸收主要来源于太湖沉水植物区的水生植物具有景天酸科代谢途径(CAM途径),其夜间吸收CO2的规律是造成夜间CO2负通量的主要生理原因;太阳辐射、水温、摩擦风速、湍流动能和湍流扩散系数与CO2通量变化呈现负相关,即白天强太阳辐射、夜间高水温、强摩擦风速和强水体湍流运动情况下促进沉水植物夜间对大气中CO2的吸收;而水深和CO2通量变化呈现正相关即随着水深的变深,沉水植物对大气中CO2的吸收减弱。太阳辐射、水温、摩擦风速、湍流动能、湍流扩散系数和水深成为影响夜间CO2通量变化的非生物因子。白天情况下,太阳辐射和水温对白天CO2通量影响较小,但摩擦风速,湍流动能和湍流扩散系数对CO2通量仍有一定影响,且变化规律与夜间相似,水深依旧和CO2通量呈现正相关。
      (3)对太湖沉水植物区CO2通量变化的影响因子进行综合分析发现,日尺度上,太阳辐射、水温、摩擦风速、湍流动能和湍流扩散系数均与CO2通量日平均呈负相关,只有水深和CO2通量呈正相关。月尺度上,CO2通量与太阳辐射和水深存在一定关系,在强辐射和浅水深月份,CO2通量月平均值较小;在水深较浅时,尽管太阳辐射较强,CO2通量月平均值仍然较高。由于观测年限较少,CO2通量年变化影响因子尚不明确。
      (4)根据不同数据插补方法估算的CO2通量值较为接近,3种方法计算得到的CO2通量年平均值的标准差在0.02至0.1μmol m-2 s-1之间。2012-2017年,年平均碳吸收量为303 g C m-2yr-1,最大年碳吸收量出现在2012年,为377 g C m-2yr-1。观测期间,夜间碳吸收量约为白天的2倍,夜间和白天的碳吸收量分别为100和203 g C m-2yr-1。植物种类的不同使得太湖沉水植物区表现为明显的大气CO2汇,年C吸收量在183至377 g Cm-2yr-1之间。 收起<<

  • 【作者】

    高韵秋 

  • 【学科专业】

    应用气象学

  • 【授予学位】

    博士

  • 【授予单位】

    南京信息工程大学

  • 【导师姓名】

    李旭辉

  • 【学位年度】

    2018

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    内陆湖泊  碳排放  沉水植物  CO2通量  时间变化特征  太阳辐射  水体深度