基于通量数据的降雨利用效率空间分布特征开题报告

1. 研究目的与意义

水分可用性影响了几乎所有的陆地生态系统中的植物的生长和生产量，目前许多生态系统模型可以根据许多外界驱动因子来预测生态系统的生产量，而这便迫切的需要去探索生态系统对于降雨和其他的外部因素是如何反应变化的。通过分析通量数据源中CO2、水分通量和降雨之间的关系，明确不同植被类型对降雨的利用效率，及其在空间上的分布特征。本项目的研究内容将有助于了解森林植被的蓄水能力，以及气候变化尤其是极端降雨或干旱下植被的响应。

2. 国内外研究现状分析

国内对碳通量等通量数据与降雨等之间的关系研究起步较晚，但后期发展比较好。目前全国范围内已经建设了100余个通量观测研究站，形成了具有相当规模的国家尺度碳、氮、水和能量通量观测研究体系。中国科学院还发起了知识创新项目包括"中国陆地及近海生态系统碳收支研究"（KZCX1-SW-01）、国家重点基础研究发展规划项目（973项目）"中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究"（2002CB412501 ）和NSFC重大研究项目我国主要陆地生态系统对全球变化的响应和适应性样带研究（30590380），都是基于通量数据作出的相关研究。

国外对碳通量等有关通量数据的相关方面研究较早，已经形成较大规模的联网监测，数据也可以达到实时共享更新，比如美国检测站点成立时间长，分布也较密集。Travis E.Huxman等人（2004）通过比较分析14个陆地生态系统从北美到南美的地面净初级生产量（ANPP）与降雨之间的关系，对年降雨和ANPP进行多元回归分析，发现即使在不同的降雨、地形地貌和气候条件下，不同的生物群落水分对ANPP有共同的限制机制和相似的降雨利用效率最大值。JOEL A.BIEDERMAN等人（2016）主要通过比较分析在北美洲西南部的121的站点4-9年的年涡流协方差测量净和总的碳通量的变化、降雨和蒸发散（ET）的关系以及空间和时间上的水分利用，从而认为年碳交换量对于可利用水分有相似的反应。Samuel Villarreal等人（2016）通过分析六个站点2008-2010年的年涡流协方差测量两个水分限制的灌丛带（分别被冬季降雨和夏季降雨控制）在相似的太阳辐射下的ET，得出受冬季降雨控制的站点比受夏季降雨控制的站点其对年可利用的降雨影响波动不大。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

主要对中国鼎湖山、海北、千烟洲、西双版纳、禹城和长白山五个地点2003、2004和2005的通量数据和气候降雨等数据进行研究分析，主要从时间与空间上，从而探索其碳通量与降雨之间的关系以及蒸发散与降雨之间的关系。通过研究分析可以进一步了解不同的生态系统之间降雨利用效率的差异以及其空间分布特征。

研究计划：

4. 研究创新点

虽然国内外目前在研究通量数据方面占据较多，但在研究通量数据与降雨利用之间的关系的所占比例较少，多数研究的是水分的利用效率，并未明确指出之间的关系反应机制。本研究主要针对通量数据与降雨之间的研究，通过meta分析的方法，将大量有效数据进行整理，筛选和分析。在多个站点，不同生态系统、生态群落和植被类型，多年间的连续变化，在空间和时间的变化尺度上进行研究。