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长江口九段沙盐沼湿地生态系统通量贡献区分析

陈梓涵 黄颖 唐剑武 田波 沈芳 吴鹏飞 袁庆 周成 王江涛

陈梓涵, 黄颖, 唐剑武, 田波, 沈芳, 吴鹏飞, 袁庆, 周成, 王江涛. 长江口九段沙盐沼湿地生态系统通量贡献区分析[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (2): 42-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.005
引用本文: 陈梓涵, 黄颖, 唐剑武, 田波, 沈芳, 吴鹏飞, 袁庆, 周成, 王江涛. 长江口九段沙盐沼湿地生态系统通量贡献区分析[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2021, (2): 42-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.005
CHEN Zihan, HUANG Ying, TANG Jianwu, TIAN Bo, SHEN Fang, WU Pengfei, YUAN Qing, ZHOU Cheng, WANG Jiangtao. Flux footprint analysis of a salt marsh ecosystem in the Jiuduansha Shoals of the Changjiang Estuary[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (2): 42-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.005
Citation: CHEN Zihan, HUANG Ying, TANG Jianwu, TIAN Bo, SHEN Fang, WU Pengfei, YUAN Qing, ZHOU Cheng, WANG Jiangtao. Flux footprint analysis of a salt marsh ecosystem in the Jiuduansha Shoals of the Changjiang Estuary[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2021, (2): 42-53. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.005

长江口九段沙盐沼湿地生态系统通量贡献区分析

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2021.02.005
基金项目: 国家自然科学基金(41801253); 中国博士后科学基金(2016M601540); 国家重点研发计划(2016YFE0133700)
详细信息
    通讯作者:

    黄 颖, 女, 副研究员, 硕士生导师, 研究方向为滨海湿地碳水循环与生态遥感. E-mail: yhuang@sklec.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: P933

Flux footprint analysis of a salt marsh ecosystem in the Jiuduansha Shoals of the Changjiang Estuary

  • 摘要: 通量贡献区分析是基于涡度协方差法进行生态系统碳、水、热通量交换研究的必要环节. 根据研究区涡度通量塔上连续观测的2018年全年通量数据, 基于FSAM (Flux Source Area Model)对长江口九段沙盐沼湿地芦苇生态系统在不同季节、风向及大气层结状态下的通量贡献区进行分析. 结果表明: ①不同季节通量贡献区各不相同, 在大气稳定状态下, 通量贡献区的大小关系为秋季>夏季>春季>冬季; 在大气不稳定状态下, 通量贡献区季节变化不明显; 通量贡献区范围有明显的昼夜变化特征, 夜间通量贡献区最远点距离大于白天. ②非主风向上迎风向通量贡献区的范围大于主风向上迎风向通量贡献区的范围. ③各风向上, 大气稳定状态下通量贡献区及其峰值所在位置距观测点的距离均大于大气不稳定状态下其对应的距离.
  • 图  1  九段沙研究区站点布局图

    Fig.  1  The locations of eddy-covariance flux towers in Jiuduansha Shoals

    图  2  九段沙风向玫瑰图

    注: 图中用不同颜色代表不同范围风速大小,圆形内圆形虚线代表风频(%).

    Fig.  2  The wind rose charts in Jiuduansha Shoals

    图  3  春季各风向不同大气条件下的通量贡献区分布

    注: 图中不同颜色的线条分别表示与图例对应的贡献率水平(%). L > 0表示大气稳定状态, L < 0表示大气不稳定状态. (a)表示22.5° ~ 112.5°风向上; (b)表示112.5° ~ 202.5°风向上; (c)表示202.5° ~ 292.5°风向上; (d)表示292.5° ~ 22.5°风向上. 例如, 3月(a)表示风向22.5° ~ 112.5°上3月通量贡献区分布, 3月(b)表示风向112.5° ~ 202.5°上3月通量贡献区分布; 3月(c)表示风向202.5° ~ 292.5°上3月通量贡献区分布; 3月(d)表示风向292.5° ~ 22.5°上3月通量贡献区分布. 同图46.

    Fig.  3  Distribution of footprints in various wind directions under different atmospheric conditions in spring

    图  4  夏季各风向不同大气条件下的通量贡献区分布

    Fig.  4  Distribution of footprints under various wind directions and different atmospheric conditions in the summer

    图  5  秋季各风向不同大气条件下的通量贡献区分布

    Fig.  5  Distribution of footprints under various wind directions and different atmospheric conditions in the autumn

    图  6  冬季各风向不同大气条件下的通量贡献区分布

    Fig.  6  Distribution of footprints under various wind directions and different atmospheric conditions in the winter

    图  7  通量贡献区的日变化

    Fig.  7  Daily variation of footprints

    表  1  不同季节风速的分布

    Tab.  1  Wind speed distribution across different seasons

    风向/(°)春季夏季秋季冬季
    3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月1月2月
    最大风速/(m·s–1) 22.5 ~ 112.5 9.21 7.99 7.99 6.60 13.55 12.19 7.50 10.10 8.72 9.28 8.52 7.43
    112.5 ~ 202.5 7.72 8.74 7.68 6.88 8.45 12.64 5.67 5.12 4.89 5.33 5.07 8.37
    202.5 ~ 292.5 5.86 7.53 7.51 6.70 9.50 8.15 4.26 3.54 4.62 4.29 3.72 7.11
    292.5 ~ 22.5 9.01 10.39 7.50 5.99 9.63 7.27 6.22 11.17 8.63 8.06 8.76 11.02
    最小风速/(m·s–1) 22.5 ~ 112.5 0.39 0.43 0.38 0.29 0.19 0.37 0.24 0.10 0.20 0.20 0.30 0.69
    112.5 ~ 202.5 0.56 0.41 0.19 0.19 0.071 0.38 0.05 0.27 0.25 0.35 0.28 0.94
    202.5 ~ 292.5 0.92 0.77 0.34 0.44 0.17 0.56 0.28 0.12 0.065 0.33 0.24 0.95
    292.5 ~ 22.5 0.50 0.43 0.08 0.40 0.29 0.19 0.15 0.31 0.29 0.39 0.16 0.27
    平均风速/(m·s–1) 22.5 ~ 112.5 5.45 4.21 3.58 3.31 4.07 4.40 3.47 3.38 3.10 4.46 4.21 3.95
    112.5 ~ 202.5 4.31 4.20 3.59 3.17 4.42 4.77 2.26 2.29 2.29 2.26 2.55 4.12
    202.5 ~ 292.5 3.52 3.69 3.31 2.94 3.93 4.38 2.14 2.07 2.40 2.27 1.86 3.21
    292.5 ~ 22.5 4.94 5.93 3.73 2.93 1.99 4.08 2.71 4.44 3.74 4.62 4.59 4.34
    风向频数/% 22.5 ~ 112.5 24.40 18.89 20.95 16.60 12.44 28.02 48.13 62.03 51.23 51.24 56.74 45.61
    112.5 ~ 202.5 50.34 50.28 50.54 59.79 68.93 56.12 22.50 14.65 24.74 16.41 18.75 21.13
    202.5 ~ 292.5 11.02 15.56 18.79 19.38 16.07 11.09 15.63 3.97 6.32 6.73 2.78 12.35
    292.5 ~ 22.5 14.24 15.27 9.72 4.23 2.56 4.77 13.74 19.35 17.71 25.62 21.73 20.91
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    表  2  日变化模型输入参数

    Tab.  2  Daily variation of input parameters

    Zm/Z0Zm/L$ {\sigma }_{y} $/u*
    白天 25.63 – 0.127 2.3532
    夜晚 25.63 0.321 2.1667
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    表  3  不同生态系统在大气稳定状态下的通量贡献区大小

    Tab.  3  Source area under stable atmosphere conditions in different ecosystems

    生态系统下垫面植被类型观测高度/mP 水平最远点距离/m最大值点距离/m参考文献
    森林生态系统 美洲黑杨 25 0.9 3613.0 317.00 [18]
    森林生态系统 橡胶树 25 0.8 1858.0 413.00 [31]
    农田生态系统 冬小麦 3.5 0.9 222.0 67.80 [29]
    荒漠生态系统 梭梭 11 0.9 670.8 151.06 [32]
    湿地生态系统 芦苇 6 0.9 378.2 96.84 [2]
    湿地生态系统 芦苇、海三棱藨草 4.8 0.9 438.8 105.20 [28]
    湿地生态系统 芦苇 10 0.9 836.0 35.50 本文
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  • 收稿日期:  2019-10-25
  • 刊出日期:  2021-03-30

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