同步測量13CO2和CO2實現(xiàn)凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換中光合作用和呼吸的重新分配

一、研究背景—研究現(xiàn)狀
隨著世界范圍內(nèi)越來越多的渦度協(xié)方差塔的建立，凈生態(tài)系統(tǒng)CO₂交換（NEE）的測量在多尺度氣候變化科學(xué)中變得越來越重要。
但由于NEE是與光合作用和呼吸相關(guān)過程中抵消通量之間的凈信號，從而使利用這些數(shù)據(jù)建立的模型具有一定的爭論性。

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研究方法

目前使用最廣泛使用的NEE劃分方法是Reichstein方法，其使用夜間NEE的溫度敏感度來預(yù)測白天的R_eco，然后通過從NEE中減去R_eco來計算GPP。然而由于夜間葉呼吸通常高于日間葉呼吸（也稱為Kok效應(yīng)），從而導(dǎo)致高估了日間R_eco和GPP。
工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（ANN）已成為劃分通量建模的另一重要方法，它使用多個可變變量來預(yù)測夜間測量的白天R_eco。 ANN采用非線性回歸模型來估計獨立變量和從屬變量之間的互連，建立類似神經(jīng)通路的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，但由于其計算費用昂貴，因此在多個年份內(nèi)難以跨多個站點運行。

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研究目的
? ? ??由于上述調(diào)查的通量分配方法存在多種局限性，因此需要同時進行評估和比較。 并需要大力評估和比較與其相關(guān)的不確定性。
本研究在理想的氣象條件下，采用多重分割方法（即Reichstein、ANN、連續(xù)的測量、同位素分析），從而最大限度地減少與夜間湍流、復(fù)雜蓋度和異質(zhì)景觀有關(guān)的誤差。 由于數(shù)據(jù)和模型的不確定性，我們評估了每種方法的不確定性。 最后，我們通過采用生物物理模型CANVEG來預(yù)測冠層尺度的參數(shù)，改進了以前的同位素分配方法。
二、研究方法—R_eco與GPP區(qū)分理論

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冠層尺度：

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觀測對象

? ? ??渦度協(xié)方差和氣象測量：凈輻射、光合有效輻射、冠層上方的空氣溫度、土壤熱通量、相對濕度、葉面積指數(shù)、CO₂、H₂O、¹³CO₂；
? ? ??土壤呼吸測量：3套連續(xù)觀測系統(tǒng)同步觀測；

不確定性分析

? ? ??使用三種同位素分割方法中每一種方法對NEE進行分割，以獲得每個時間點（n = 1000）的GPP和R_eco范圍。通過 GPP和R_eco值的差異計算90％置信區(qū)間。

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三、研究結(jié)果

? ? ??總體而言，CANVEG在模擬和觀察NEE中表現(xiàn)出良好的一致性。其中，累積CANVEG NEE高估觀測到的5%、累積H高估30%、累積LE高估9%之間。

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? ? ? 基于分區(qū)的分割方法，每個分割法90％置信區(qū)間的數(shù)據(jù)和模型不確定性與R_soil測量允許識別的時段是不一致的；

? ? ? 晚上CANVEG-G_s-C_i、CANVEG-G_s、PM-G_c、ANN、Reichstein的R_eco重疊，平均高于R_soil測量值；

? ? ? 白天CANVEG-G_s-C_i，CANVEG-G_s?、 PM-G_c分割的GPP的量級較低；

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? ? ? 使用普通最小二乘回歸法評估分割對LUE和APAR之間關(guān)系的影響。 結(jié)果表明，所有同位素分割方法在LUE和APAR之間顯示出顯著的負相關(guān)，而標準分割方法 LUE和APAR之間沒有關(guān)系。
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白天CANVEG-G_s-C_i，CANVEG-G_s?、 PM-G_c分割的GPP的量級較低；

長期數(shù)據(jù)分析表明，在收獲期間，R_eco和R_soil的估計存在差異；

ANN和Reichstein方法都預(yù)測在收獲后的R_eco相對較高；

R_soil測量結(jié)果顯示，在收獲期間，R_soil減少；

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結(jié)論

? ? ??在理想條件下，我們采用了一種分割方法的集合來更好地約束NEE通量中GPP和R_eco分配的不確定性。

? ? ??CCIA-48二氧化碳同位素分析儀為生態(tài)系統(tǒng)通量的測量提供了強大優(yōu)勢，并估計了¹³C的上游冠層入口。

? ? ? 同位素分配的GPP和R_eco小于ANN、Reichstein分配的GPP和R_eco，這與之前的研究結(jié)果相一致，

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? ? ? 將夜間R_eco關(guān)系推廣到當天的標準分割方法（ANN和Reichstein）中可能高估了白天R_eco，因為建模過程中忽略了植物呼吸的日間減少（Kok效應(yīng)）。

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【理加聯(lián)合】

? ? ??北京理加聯(lián)合科技有限公司（簡稱：理加聯(lián)合）成立于2005年，是一家專業(yè)的生態(tài)環(huán)境儀器供應(yīng)商和技術(shù)服務(wù)商，主要產(chǎn)品涵蓋穩(wěn)定性同位素測定、痕量氣體測量、地物光譜測量、水化學(xué)分析、野外便攜和長期監(jiān)測分析儀器。

?主要代理產(chǎn)品

美國LGR公司激光痕量氣體和穩(wěn)定同位素分析儀

美國ASD公司地物光譜儀

意大利AMS集團全自動化學(xué)分析儀和流動分析儀

美國CSI公司閉路渦度相關(guān)和大氣廓線測量系統(tǒng)

美國Resonon公司高光譜成像儀

美國ThermoFisher Scientific公司氣體分析及顆粒物監(jiān)測產(chǎn)品系列

美國Agilent公司傅里葉紅外光譜儀

加拿大Itres公司高光譜成像儀

美國Labsphere公司積分球

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