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ChineseEcosystemResearchNetwork第第99章章海洋、陆地生态系海洋、陆地生态系统碳循环和通量观测研究统碳循环和通量观测研究方法方法ChineseEcosystemResearchNetwork第一节背景与科学问题第二节全球碳的研究方法第三节观测方法和设备第四节结果ChineseEcosystemResearchNetwork第一节、背景与科学问题ChineseEcosystemResearchNetworkCharacteristicsofSurfaceOcean-LowAtmosphere(SOLA)ChineseEcosystemResearchNetworkChineseEcosystemResearchNetwork全球海洋通量联合研究（JGOFS）开始之初，认为人类每年排放的60多亿吨碳中，有一半留在大气，另一半则被大洋吸收。JGOFS研究表明，大洋至多能吸收20亿吨的碳，有10亿多吨碳去处不明，即所谓“丢失碳汇”（missingsink）问题。60亿吨碳30亿吨碳30亿吨碳2020亿吨碳亿吨碳！10亿吨碳？？ChineseEcosystemResearchNetwork?科学问题2:陆架垂直碳通量的关键过程和传输机理ChineseEcosystemResearchNetwork?科学问题1:陆架海向大洋的碳输送过程与贡献ChineseEcosystemResearchNetworkTheRoleoftheOceanintheGlobalCarbonCycleChineseEcosystemResearchNetwork(Theroleofterrestrialecosystemincarboncycle)CO2CO2浮游植物浮游动物颗粒有机碳沉积物有机碳成岩作用溶解有机碳溶解无机碳关键科学问题关键科学问题33：典型海域垂直碳：典型海域垂直碳通量的关键过程和传输机理通量的关键过程和传输机理沉积物再悬浮水平混合溶解碳底栖生物活动物理混合ChineseEcosystemResearchNetwork温度升高ChineseEcosystemResearchNetworkDeparturesintemperatureinºCfromthe1961-1990average过去140年间全球温度的距平变化(按1961-1990年的平均)各种模型对未来气温变化的预测ChineseEcosystemResearchNetworkArcticSeaIcewilldisappearby2080HadleyCentreforClimateChangeNovember2000ChineseEcosystemResearchNetwork冰架崩裂拉森冰架龙尼冰架1998、3、231998、2、152002、3、52002、1、31ChineseEcosystemResearchNetwork各种设备探测冰层厚度变化ChineseEcosystemResearchNetwork3、观测方法和设备采用各种设备探测冰层厚度和CO2浓度变化，扑捉气候变化证据ChineseEcosystemResearchNetwork全球大气CO2分压的纬度分布340350360370380390-80-60-40-20020406080纬度（“－”代表南纬）pCO2(μatm)8月－北极－上海7月－上海－北极11月－上海－南极ChineseEcosystemResearchNetwork减少温室效应的科学设想1、在平流层中释放反射粒子；2、向太空释放太阳光反射装置；3、采取措施增加海洋对大气层中碳的吸收。ChineseEcosystemResearchNetworkq《联合国气候变化框架公约，UNFCCC》于1992年签署生效。q《京都议定书（1997）》拟订了各国的碳排放指标，可以通过“造林、再造林、森林和农田管理”等措施增加的碳吸收量，来抵消本国的碳排放指标。q发达国家都在加大陆地碳有效储存时间和增汇技术的研究力度，评价各种植被和土壤的固碳能力以及土地管理措施的成本效益。ChineseEcosystemResearchNetwork+8+8澳大利亚+3.8+1挪威+2.10俄罗斯+10新西兰+1.2-6加拿大-5.3-7美国-6.5-8罗马尼亚-7.6-8EU各国-2.1-6日本波恩协议COP6京都议定书COP3国家中国国务院总理朱镕基9月３日在约翰内斯堡可持续发展世界首脑会议上讲话时宣布，中国已核准《〈联合国气候变化框架公约〉京都议定书》。朱镕基指出，这显示了中国参与国际环境合作，促进世界可持续发展的积极姿态。朱镕基宣布中国核准《京都议定书》本报约翰内斯堡９月３日电（人民日报9月4日第三版）(1)目前碳源/碳汇的时空格局；(2)碳循环过程的控制因素(人类和自然)与相互作用机理；(3)未来碳循环的动力学过程及趋势。全球碳循环研究中的三大科学问题(IGBP、IHDP和WCRP)ChineseEcosystemResearchNetwork第二节、全球碳的研究方法ChineseEcosystemResearchNetworkFLUXNET的观测系统ChineseEcosystemResearchNetwork日本的FLUXNET观测系统ChineseEcosystemResearchNetworkFLUXNET的组织系统ChineseEcosystemResearchNetworkObservationalPlansofTheObservationalPlansofTheChinaFLUXChinaFLUXObservationalplanoftypicalecosystemintowerComparableobservationamongdifferentecosystemtypesMobileobservationplanSatelliteremotesensingobservationplanChinaFluxChineseEcosystemResearchNetworkPositionofthePositionoftheChinaFluxChinaFluxSitesSitesChineseEcosystemResearchNetwork碳通量观测站点和样带ChineseEcosystemResearchNetwork微气象学的直接测定法空气动力学法热平衡法涡度相关法在群落上部，测定风速和CO2浓度，直接计算群落－大气间的CO2通量。这种方法是能够直接测定大气与群落CO2交换量的唯一方法，已经成为检验各种模型估算精度的最为权威的方法，也是验证以上各方法精度的标准方法。ChineseEcosystemResearchNetwork水平風速赤：強（下図）青：弱LAI=2鉛直風速赤：正（上図）青：負涡度相关法原理鉛直(ｘ－ｚ)断面乱流运动ChineseEcosystemResearchNetworkFluxandwindeddyhighCO2lowCO2eddyCO2transportPhotosynthesisnettransportrateperunitareaandunittimeFlux=ChineseEcosystemResearchNetworkEquationsofEddyCorrelationMethod''HCpwrq=''ELvwqr=Fwcr′′=SensibleHeatFlux:LatentHeatFlux:CO2HeatFlux:ChineseEcosystemResearchNetwork式中:='qqq-='qqq-='ccc′=-110101011111111NTioiTNiiTNiiTNiiwwdtwTNdtTNqqdtqTNccdtcTNqqq=====≈=≈=≈=≈∑∫∑∫∑∫∑∫ChineseEcosystemResearchNetworkBowenRatio/EnergyBalanceMethodThedefinitionoftheBowenratiowasmadewithrespecttofluxesasfollows(Bowen1926):(1)ThetheoreticalbaseofBowenratiomethodissurfaceenergybalance.IfApresentsthesumofHandE,then.(2)From(1)and(2),wecanget(3)EH/=bnAHERGS=+=--⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+=AEAH111bbbChineseEcosystemResearchNetworkBowenRatio/EnergyBalanceMethodTheBowenratiocanbeexpressedafterapproximatingthefluxesbygradientsinthefollowingmanner.(4)Withequation(4),theBowenratiocanbecalculatedusingprofiledata.Thenintroducesβintoequation(3),andsoHandEarecalculated.qCpEHΔΔ==lqbChineseEcosystemResearchNetwork空气动力学方法空气动力学方法是根据近地面层空气动力学特征，计算能量和物质通量的输送过程。风速、温度、湿度、二氧化碳或氧化亚氮输送的梯度表达式为：()¶¶juzukzdm=-*()¶q¶rjzHCkuzdPh=--*()¶¶rjqzLELkuzdVw=--*()¶¶CzFkuzdNOCONOCO2222,,*=--(5)(6)(7)(8)ChineseEcosystemResearchNetwork由（5）—（8）可得式中k为Karman常数；g为湿度表常数，;d为位移长度(d=0.63h,h为植被高度）；分别为风速、温度、湿度和二氧化碳及氧化亚氮的稳定度通用函数，它们的表达式为()tr¶¶j=-æèçöø÷kzduzm2222()()HCkzduzzPmh=---r¶¶¶q¶jj221()()LELkzduzqzVmw=---r¶¶¶¶jj221()()FkzduzCzNOCONOCOmNOCO222222221,,,=---r¶¶¶¶jjge==-CPLhapCPv06701.jjjjmhwNOCO，，，22,(9)(10)(11)(12)ChineseEcosystemResearchNetworkjbmmzLzLzLæèçöø÷=+³10,当141,0mmzzLLjg-⎛⎞⎛⎞=-≤⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠z当LjjjbhwNOCOhzLzLzLzLzLæèçöø÷=æèçöø÷=æèçöø÷=+³2210,,当jjjghwNOCOhzLzLzLzLzLæèçöø÷=æèçöø÷=æèçöø÷=-æèçöø÷£-221012,,当系数见下表.bgbgmmhh,,和(13)(14)(15)(16)ChineseEcosystemResearchNetwork表6.5风、温、湿稳定度函数表达式系数____________________________________________________________________________来源k_____________________________________________________________________________Businger(1971)4.715.06.49.00.35Panison(1970)7.016.07.016.0---Weeb(1970)5.218.05.29.00.41DyerandHicks(1970)---16.0---16.00.40_____________________________________________________________________________3*2,0,015iii