温带落叶林蒸散组分同位素组成及其模拟研究

发布时间：2020-04-07 21:38

【摘要】：陆地生态系统蒸散作为SPAC系统主要的水分和能量传输项,对于生态系统生产力甚至全球气候变化都有重要的影响。氢氧稳定同位素为陆地生态系统水文循环研究提供独特可靠的示踪信息。SiLSM模型将陆面过程模型和同位素模型结合,能够探寻陆-气的水分交换特征和蒸散同位素特征,但是其忽略了土壤蒸发的贡献。在SiLSM基础上加入土壤蒸发同位素部分可以进一步了解生态系统蒸散各组分以及其同位素的特征,有助于探索蒸散对于大气水汽同位素的影响过程。本研究基于2009年生长季加拿大落叶林生态系统氢氧稳定同位素组成及环境要素的观测数据,将一个陆面过程模型(S-W模型)与叶片水同位素富集模型和土壤蒸发模型耦合,形成SiLSM2模型以实现蒸散组分拆分及其组分同位素模拟。本文分析了生态系统不同来源液态水和大气水汽同位素组成的时空变化特征,分析了蒸散和土壤蒸发的同位素组成和同位素通量(Isoflux)的变化特征,探讨了过量氘的主控因子和影响大气水汽同位素分布的主要过程。结果表明不同来源液态水同位素组成存在明显差异,冠层上方水汽同位素比土壤上方贫化。水汽H218O和HDO日变化为“W”型分布。大气湿度是影响同位素分布的重要因子,水汽混合比和相对湿度都与水汽过量氘(dv)存在极显著负相关性,而蒸散和土壤蒸发速率与dv存在显著的正相关性。与SiLSM模型相比,SiLSM2模拟的叶片水18O组成日变化范围较小,正午基本一致。白天期间,两个模型计算的蒸散同位素组成结果相近。SiLSM2模型可以较好的模拟出在冠层尺度上叶片水同位素组成,其模拟的蒸散同位素组成与通量阔线计算值相比白天有一定的低估,其日变化夜间高白天低。模拟的蒸散18O-H218O同位素通量在白天小于观测值且都大于0。模拟结果表明蒸散对于大气水汽同位素富集有正贡献,而土壤蒸发有使水汽同位素贫化的作用。由于水汽同位素组成白天较低,夜间高,由此认为蒸散对于水汽同位素组成的富集作用不足以抵消其他过程的贫化作用,比如大气夹卷。水汽过量氘对下垫面水汽供应的响应情况如何,需要结合D-HDO的模拟进一步分析。
【图文】：

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逦南京信息工程大学硕士学位论文逦逡逑证。对输入参数以及变量进行敏感性分析，确定对叶片水和蒸散同位素模拟影响逡逑最大的要素。逡逑ｉｚｚｍ．￣ｉｚｉｚｚ￣￣Ｉ逦￣￣逡逑

模型结构,变量,水同位素,模型

美国）、和土壤含水量（型号邋ＣＳ６１５－Ｌ，Ｃａｍｐｂｅｌｌ邋Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ邋Ｉｎｃ．，美国）。逡逑２＿４模型描述逡逑如图２．１所示，ＳｉＬＳＭ２模型由三个主要部分组成：（１）陆面过程子模型：计逡逑算各组力项系数，包括冠层上方空气动力学阻力、土壤与冠层之间的空气动力学逡逑阻力、冠层边界层阻力、冠层阻力和土壤表面阻力，，然后用Ｓｈｕｔｔｌｅｗｏｒｔｈ－Ｗａｌｌａｃｅ逡逑模型（Ｓｈｕｔｔｌｅｗｏｒｔｈ邋ａｎｄ邋Ｗａｌｌａｃｅ，邋１９８５；邋Ｈｕ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００９）拆分蒸散组分，优化阻力系数逡逑参数。第一部分统称为Ｓ－Ｗ模型。（２）叶水同位素富集模型：一共三个模型，ＣＧ逡逑模型和ＤＧ模型用于计算非稳态下且假设叶片叶水含量不变的叶片水同位素组逡逑成（模型研宄所用同位素为１８0）；邋ＦＣ模型用于计算非稳定状态下存在叶片水含量逡逑变化以及Ｐ＾ｃｌｅｔ效应时叶片水同位素组成。再根据计算出的叶片水同位素组成进逡逑而计算蒸腾同位素组成。（３）土壤蒸发同位素模型：主要为用于计算开放水体表面逡逑蒸发同位素组成的ＣＧ模型。ＳｉＬＳＭ２模型的时间步长为半小时；输入变量为气逡逑象因子、环境因子、植物因子和生态系统不同来源水１８0－ｈ２ｏ组成。输出变量为逡逑叶片体积水、叶片蒸发点、蒸腾、土
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S718.5

【参考文献】