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Picarro | 千(qian)煙洲亞(ya)熱帶森(sen)林生(sheng)態系(xi)統碳(tan)同位素廓線觀測系(xi)統應用案例

日期： 2023-12-27
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想象(xiang)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)下，你身處(chu)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)片浩渺的森林中，陽(yang)光透過樹葉(xie)，灑(sa)在(zai)地(di)面上，形(xing)成一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)片片斑駁的光影。每一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)棵大樹都像一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)座綠色的塔樓，分層堆(dui)積著生命的活力。此刻，你可能(neng)并(bing)不知道，你正在(zai)親眼(yan)目睹(du)一(yi)(yi)(yi)(yi)(yi)個驚人的自(zi)然現象(xiang)：碳的旅程。

森林是地(di)球上最重(zhong)要的(de)碳(tan)(tan)儲存(cun)器之(zhi)一，在(zai)這個充滿生命(ming)力(li)的(de)舞臺上，每(mei)一片(pian)葉(xie)子(zi)、每(mei)一棵(ke)樹、每(mei)一片(pian)土壤都在(zai)向我們(men)講述著碳(tan)(tan)的(de)旅程的(de)故(gu)事，積(ji)極地(di)參與碳(tan)(tan)的(de)儲存(cun)和(he)釋放。

科學家們(men)對此也在(zai)進行著相(xiang)關研究(jiu)，在(zai)江西省千(qian)煙洲亞熱帶森林生態系(xi)統觀(guan)測(ce)研究(jiu)站(zhan)，有(you)這(zhe)樣一個研究(jiu)...

千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

森林生態系統(tong)固定目(mu)前大(da)氣中約三分之一的人為CO2排放；因此，準確評(ping)估森林碳匯對(dui)于(yu)更好理解全(quan)球碳收支至關重要。生態系統(tong)CO2的碳穩定同位素（δ13C）是追蹤碳循環及(ji)其與大(da)氣交換(huan)的有力工(gong)具(ju)。森林生態系統(tong)CO2動態變化取決(jue)于(yu)冠(guan)層光合作(zuo)(zuo)用，不同組分（葉(xie)、莖、根和土壤微生物）呼吸作(zuo)(zuo)用及(ji)湍流混合過程的相互作(zuo)(zuo)用。然而(er)，由于(yu)測量(liang)限制，大(da)氣中CO2的δ13C模式尚(shang)未確定。

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

千煙洲亞熱帶森林生態系(xi)統觀測研(yan)究站(zhan)碳同位素廓線(xian)系(xi)統設置示(shi)意圖(tu)

千煙洲亞熱帶森林生態系統觀測研究站基于Picarro G2201-i，搭建了碳同位素廓線觀測系統，旨在研究森林生態系統內部及上方大氣CO2及其δ13C的時間（晝夜和季節）和垂直變化，以及闡明環境和生理因素以及大氣條件對其變化的影響。該系統設置了7個觀測高度和3個已知濃度和同位素組分的標氣。7個觀測高度分別設置在距地面1.6、7.6、11.6、15.6、23.6、31.6和39.6 m的高度處，其中11.6和15.6 m兩個觀測高度位于冠層內，測量依次在7個高度間循環進行，切換間隔為3min。每進行14次循環后，再依次通入3瓶標氣，每個標氣的測量時間為5min。

碳同位素廓線觀測系統的測量數據提供了渦度相關系統觀測到的垂直湍流通量項的同位素通量、生態系統尺度上的非葉片呼吸的同位素通量、存儲通量的同位素通量以及冠層大氣CO2的δ13C值等參數。

【研究結果】

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

2015-2017年冠層下（1.6和7.6 m）、內（11.6和15.6 m）和上（23.6、31.6和39.6 m）生態系統CO2及其δ13C月度平均日變化

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

典型雨季和干旱期生態系統 CO2（a,d）、δ13C（b,e）和風速（WS）（c,f）的日平均垂直變化

Picarro | 千煙洲亞熱帶森林生態系統碳同位素廓線觀測系統應用案例

不同冠層高度CO2及其δ13C與環境和生理因素的相關矩陣

【研究結論】

生態系統CO2濃度下午最低，黎明時達到峰值，這反映了冠層內和冠層上方δ13C的變化。冠層內和冠層上方的CO2與其δ13C之間存在明顯相反的季節變化，并且δ13C在生長高峰期為正值，在其他時間為負值。生態系統CO2及其δ13C的晝夜和季節變化主要受飽和水汽壓差的影響，其次是光合有效輻射、溫度和增強型植被指數；然而，環境和生理因素對森林地面附近產生相反的影響或無影響。由于夜間較穩定的大氣條件下湍流混合較弱，大氣CO2及其δ13C垂直變化的夜間梯度大于日間變化。這些結果表明，光合作用和呼吸作用主導了冠層上方的CO2動態，而光合作用和湍流混合的CO2再循環改變了冠層內的CO2動態。

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2024 - 11 - 07
對地表(biao)入滲和蒸發通量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)分配，以及(ji)(ji)準確量(liang)(liang)(liang)(liang)化不同空間(jian)尺(chi)度(du)(du)下土(tu)壤(rang)(rang)(rang)與大(da)氣(qi)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)和能(neng)量(liang)(liang)(liang)(liang)交換(huan)過程(cheng)，都需(xu)要了(le)(le)解土(tu)壤(rang)(rang)(rang)的(de)(de)(de)水(shui)文(wen)性質(zhi)(zhi)（如土(tu)壤(rang)(rang)(rang)水(shui)分特(te)征曲(qu)線和導水(shui)率特(te)征曲(qu)線）。土(tu)壤(rang)(rang)(rang)水(shui)分特(te)征曲(qu)線（SWRC）描述(shu)了(le)(le)在(zai)基質(zhi)(zhi)勢下土(tu)壤(rang)(rang)(rang)水(shui)分含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)平衡情況，是(shi)重要的(de)(de)(de)水(shui)文(wen)特(te)性，與土(tu)壤(rang)(rang)(rang)孔隙的(de)(de)(de)大(da)小分布和結構密切(qie)相(xiang)關(guan)，受(shou)土(tu)壤(rang)(rang)(rang)結構、質(zhi)(zhi)地、有機物(wu)(wu)和粘土(tu)礦物(wu)(wu)等因(yin)素的(de)(de)(de)影響。傳統測量(liang)(liang)(liang)(liang)SWRC的(de)(de)(de)實驗(yan)室(shi)方法(fa)繁瑣(suo)，數據往往不完(wan)整(zheng)，且只覆蓋有限的(de)(de)(de)水(shui)分含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)范圍。近(jin)(jin)(jin)年來(lai)，近(jin)(jin)(jin)程(cheng)和遙(yao)感(gan)技術得到(dao)了(le)(le)廣泛關(guan)注，特(te)別是(shi)在(zai)光學域(yu)內(nei)的(de)(de)(de)土(tu)壤(rang)(rang)(rang)反射(she)光譜已(yi)被用(yong)于獲取土(tu)壤(rang)(rang)(rang)礦物(wu)(wu)學和化學成(cheng)分、有機物(wu)(wu)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)、粒(li)度(du)(du)分布及(ji)(ji)水(shui)分含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)等信息。這(zhe)些研究為(wei)衛星遙(yao)感(gan)提(ti)(ti)供了(le)(le)大(da)尺(chi)度(du)(du)測繪的(de)(de)(de)基礎。傳統方法(fa)主要依(yi)賴(lai)(lai)光譜轉(zhuan)移(yi)函數，盡管能(neng)有效推斷土(tu)壤(rang)(rang)(rang)水(shui)力特(te)性，但需(xu)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)數據進行(xing)模型校(xiao)準。本文(wen)提(ti)(ti)出了(le)(le)一(yi)種新的(de)(de)(de)實驗(yan)室(shi)方法(fa)，通過水(shui)分含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)依(yi)賴(lai)(lai)的(de)(de)(de)短波(bo)紅外（SWIR）土(tu)壤(rang)(rang)(rang)反射(she)光譜直接(jie)估(gu)計SWRC，利用(yong)最近(jin)(jin)(jin)開發的(de)(de)(de)前向輻射(she)傳輸模型，僅...
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水(shui)(shui)(shui)(shui)資源在糧食(shi)生產和(he)生態修復中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)作用，特(te)別是(shi)在頻繁出現的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫、干旱等(deng)極端天(tian)氣條(tiao)件(jian)下(xia)，威脅糧食(shi)生產，加(jia)速(su)土(tu)地(di)(di)退(tui)化(hua)(hua)。研究指出，中(zhong)(zhong)國(guo)作為(wei)人均水(shui)(shui)(shui)(shui)資源低于(yu)世界平均水(shui)(shui)(shui)(shui)平的(de)(de)(de)(de)國(guo)家，農業(ye)用水(shui)(shui)(shui)(shui)已占(zhan)全國(guo)總用水(shui)(shui)(shui)(shui)量的(de)(de)(de)(de)60%以(yi)上，但整體用水(shui)(shui)(shui)(shui)效率較低且區(qu)域差(cha)異顯著(zhu)。尤其在山區(qu)和(he)丘(qiu)陵地(di)(di)區(qu)，土(tu)壤侵蝕和(he)厚度減(jian)少嚴(yan)重影響了(le)蓄(xu)水(shui)(shui)(shui)(shui)能力，加(jia)劇了(le)干旱頻發和(he)作物(wu)減(jian)產的(de)(de)(de)(de)風險。為(wei)應對(dui)這些挑戰，本文強調(diao)了(le)通過優化(hua)(hua)農業(ye)管理實踐，提高(gao)用水(shui)(shui)(shui)(shui)效率，以(yi)緩(huan)解干旱脅迫，維持作物(wu)產量的(de)(de)(de)(de)重要性。本次田間(jian)試(shi)驗(yan)在中(zhong)(zhong)國(guo)科學院鹽亭(ting)紫色土(tu)農業(ye)生態站(zhan)進(jin)行(xing)，該站(zhan)位于(yu)中(zhong)(zhong)國(guo)四川盆地(di)(di)中(zhong)(zhong)北部，海拔(ba)400-600m（東經105° 27’，北緯 31°16’）（圖 1）。該地(di)(di)區(qu)屬于(yu)中(zhong)(zhong)亞熱帶(dai)季風氣候，平均氣溫 17.3℃。年(nian)平均降水(shui)(shui)(shui)(shui)量為(wei)826mm，蒸發量為(wei)680 mm。降雨分布(bu)不均，約70%的(de)(de)(de)(de)年(nian)降水(shui)(shui)(shui)(shui)發生在夏(xia)秋季，季節性干旱頻繁，主要發生在春(chun)季和(he)初夏(xia)。 圖1...
2024 - 10 - 29
考古學(xue)雖(sui)然常與(yu)發(fa)掘相關，但許多遺(yi)址仍(reng)需通過地(di)(di)(di)表(biao)(biao)上的(de)(de)(de)文物(wu)和(he)其他特(te)征來進行識別(bie)。對(dui)這(zhe)些(xie)地(di)(di)(di)表(biao)(biao)考古記錄(lu)的(de)(de)(de)分析(xi)不僅可(ke)(ke)以(yi)揭示(shi)不同(tong)定居時期的(de)(de)(de)信息，還(huan)能展示(shi)土地(di)(di)(di)的(de)(de)(de)農業(ye)、生產(chan)或(huo)儀式用途(tu)，以(yi)及景觀中人、物(wu)、思想的(de)(de)(de)流動模(mo)式。本文介紹了一種利用機(ji)載高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜短波(bo)紅外(wai) (SWIR) 圖像(xiang)的(de)(de)(de)新(xin)方法，用于記錄(lu)和(he)分析(xi)地(di)(di)(di)表(biao)(biao)考古材料。SWIR 光(guang)(guang)可(ke)(ke)以(yi)區分不同(tong)類型(xing)的(de)(de)(de)巖石、礦(kuang)物(wu)和(he)土壤，地(di)(di)(di)質學(xue)家(jia)經(jing)常利用這(zhe)一原理繪制地(di)(di)(di)質圖。Resonon Pika IR+高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜成(cheng)像(xiang)儀能夠以(yi)優于10厘(li)米的(de)(de)(de)空間(jian)分辨(bian)率收(shou)集SWIR圖像(xiang)，從(cong)而(er)識別(bie)并表(biao)(biao)征地(di)(di)(di)表(biao)(biao)文物(wu)。本文探討了在NASA Space Archaeology 資助(zhu)下進行的(de)(de)(de)實驗，展示(shi)了這(zhe)項技術的(de)(de)(de)潛力和(he)挑戰，特(te)別(bie)是(shi)在成(cheng)功定位和(he)表(biao)(biao)征單(dan)個文物(wu)方面，同(tong)時指出了未來發(fa)展的(de)(de)(de)關鍵方向(xiang)。作者團隊將 Resonon Pika IR+高(gao)(gao)光(guang)(guang)譜成(cheng)像(xiang)儀安裝(zhuang)(zhuang)在 DJI M600上（圖 1）。還(huan)在機(ji)身(shen)頂(ding)部安裝(zhuang)(zhuang)了額外(wai)的(de)(de)(de) GPS 天(tian)線桿...
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高(gao)(gao)(gao)緯(wei)度苔(tai)原和(he)(he)針(zhen)葉林、中緯(wei)度闊葉林和(he)(he)草原、高(gao)(gao)(gao)山和(he)(he) 高(gao)(gao)(gao)原地(di)(di)(di)區普(pu)遍(bian)存在(zai)季(ji)節性、晝夜性甚(shen)至持(chi)續(xu)數小(xiao)時的凍(dong)融循(xun)(xun)環(huan)(huan)。北半(ban)球近(jin)55%的陸地(di)(di)(di)面積經(jing)歷(li)季(ji)節性凍(dong)融，土(tu)壤(rang)凍(dong)融循(xun)(xun)環(huan)(huan)持(chi)續(xu)時間(jian)從幾天到150天不等。頻繁的凍(dong)融循(xun)(xun)環(huan)(huan)改變了(le)土(tu)壤(rang)微生物群落結構(gou)和(he)(he)代謝(xie)，加速土(tu)壤(rang)有(you)機質的分解，并以溫室氣體（如CO2、CH4和(he)(he)N2O）或溶解有(you)機碳（DOC）的形式排放。這些過(guo)程已成為生態學(xue)、凍(dong)土(tu)學(xue)和(he)(he)生物地(di)(di)(di)球化(hua)學(xue)研究(jiu)的重點。凍(dong)融循(xun)(xun)環(huan)(huan)對(dui)(dui)地(di)(di)(di)表土(tu)壤(rang)CO2和(he)(he)CH4通(tong)(tong)量(liang)的影(ying)響(xiang)備受關(guan)注。一項研究(jiu)發現，積雪對(dui)(dui)冬季(ji)土(tu)壤(rang)呼吸的影(ying)響(xiang)是短暫的，厚度變化(hua)對(dui)(dui)CO2通(tong)(tong)量(liang)影(ying)響(xiang)小(xiao)。了(le)解活動層(ceng)過(guo)程對(dui)(dui)多年凍(dong)土(tu)區土(tu)壤(rang)CO2和(he)(he)CH4動態的響(xiang)應和(he)(he)反饋至關(guan)重要。凍(dong)融循(xun)(xun)環(huan)(huan)頻率和(he)(he)持(chi)續(xu)時間(jian)對(dui)(dui)高(gao)(gao)(gao)寒(han)地(di)(di)(di)區土(tu)壤(rang)碳通(tong)(tong)量(liang)具有(you)重要調控(kong)作(zuo)用(yong)。不同生態系(xi)統在(zai)融化(hua)期(qi)(qi)具有(you)較高(gao)(gao)(gao)的CO2和(he)(he)CH4通(tong)(tong)量(liang)，研究(jiu)表明，在(zai)近(jin)地(di)(di)(di)表土(tu)壤(rang)凍(dong)結期(qi)(qi)間(jian)CO2通(tong)(tong)量(liang)達到峰值，隨后顯著下降。春季(ji)融化(hua)期(qi)(qi)（20-30天）的甲烷通(tong)(tong)量(liang)...
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