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user: 3. 结果与分析 3.1. 气象因子的季节变化特征 土壤呼吸是一个复杂的生物学过程，包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸及土壤动物呼吸等。由于昼夜的变化以及季节的变化，植物的生长随着温度、光照等气象因素的变化具有明显的日变化和季节变化。研究这些环境因素的变化特征是定量分析碳通量变化特征及其影响机制的基础。 2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点全年各个月份的气温和光合光子通量密度变化曲线如图2所示，所有数据均为月平均值。 图2. 2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点(a)月平均气温、(b)月平均光合光子通量密度 2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点全年气温曲线基本重合，温度曲线呈倒U型，1~3月份气温较低，均低于零摄氏度，平均气温在−5摄氏度左右，4~5月份开始气温快速升高，在7月份温度到达最高值，平均气温约为19摄氏度，9月份温度急剧下降，曲线表明，气温存在有明显的季节变化。由于环境因子的季节性变化，该地区的水热通量随环境因子的变化而变化。 如图2所示，2003年全年光合光子通量密度随季节的变化呈现出明显的变化。春季1月、2月和冬季11月、12月的光合有效辐射平均值较小，波动在60 umol/m²/s以下。3至5月份光通量密度迅速增加，夏季7、8月份光通量密度平均值达到峰值，在夏季的午后，光合有效辐射极值最大可达到450 umol/m²/s，进入秋季，光合光子通量密度平均值减少速度加快。这表明芬兰Hyytiala和Jokioinen观测站地区的太阳辐射呈现明显的季节变化，为后文研究碳通量季节变化特征提供了依据。 图3. 2010年ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点(a)月平均气温、(b)月平均光合光子通量密度 如图3所示，2010年ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点全年气温曲线基本重合，温度曲线呈倒U型，全年气温较低，全年月平均最高气温5摄氏度，月平均最低气温−25摄氏度，2月和3月气温到达谷底，平均气温在−25摄氏度左右，4~5月份开始气温快速升高，但仍处于零下，在7、8月份温度到达最高值，平均气温约为5摄氏度，从9月份开始温度又开始急剧下降，图中表明，温度存在着明显的季节变化特征，但全年仍处于较低的温度状态。 2010年ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点全年的光合光子通量密度随着季节的变化而表现明显的变化，春季1月份和2月份和冬季11、10和12月份的光合有效辐射平均值均较小，在20 umol/m²/s以下波动。3至5月份光通量密度迅速增加，两个站点夏季7、8月份光通量密度平均值均达到峰值，在夏季ZaF站点月光通量密度均值明显大于ZaH站点的光通量密度，在夏季的午后，ZaF站光合有效辐射极值最大可达到860 umol/m²/s，ZaH站光合有效辐射极值最大可达到510 umol/m²/s。进入秋季，光合光子通量密度平均值减少速度加快。这表明地区的太阳辐射呈现明显的季节变化，ZaF的湿地生态系统夏季光合有效辐射明显大于ZaH的草地生态系统。 3.2. 净生态系统C交换量(NEE)的季节变化特征 图4. 2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点季节NEE平均日变化 如图4为2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点四个季节的NEE的平均日变化，可以更直观地看到生态系统的在四季的NEE的平均日变化的不同。 夏季和秋季芬兰Hyytiala和Jokioinen观测站地区为明显的碳汇，碳汇量的大小排序为秋季>夏季。春季Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点，近乎平行，Hyy站点NEE值略高于Jok站点，同时Hyy站点在春季NEE平均日变化在早上7:00左右开始有细微的波动，有从碳源转变为碳汇的趋势。在相同季节的Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点每日的碳汇时间基本相同：夏季的每日的碳汇时间是从5:30到21:00，秋季的每日的碳汇时间为5:00到20:30，在冬季的每日的碳汇时间为6:30到15:00，同时在冬季Jok (CRO)站点NEE日变化波动较为复杂，曲线波形呈两峰一谷状。夏季的碳汇的时间明显长于冬季，这与日照长度有关。另外不同季节的通量峰值也是变化的，秋季最高，达到−8.1 umo1 CO 2 /m²/s。冬季最低，通量峰值为−0.87 umo1 CO 2 /m²/s。 如图5所示，夏季和秋季格陵兰DK-ZaF观测站地区为明显的碳汇，碳汇量的大小排序为秋季>夏季，秋季碳汇/源波动较为明显，在秋季NEE的最小值(表示最大吸收速率)和最大值(表示最大排放速率)分别为−6.9和7.2 umo1 CO 2 /m²/s。春季ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点NEE日平均曲线近乎重合，冬季ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点NEE日平均曲线接近平行，ZaF站点NEE值略高于ZaH站点。同时ZaH站点除秋季NEE数值曲线波动较为明显，而其余三个季节，均保持为一条平滑的直线，NEE数值基本维持在0 umol CO 2 /m²/s左右。 图5. 2010年ZaF (WET)和ZaH (GRA)站点季节NEE平均日变化 3.3. 净生态系统C交换量(NEE)的日变化特征 利用2003年全年FLUXNET连续观测FI-Hyy/FI-Jok站点的NEE通量数据，分别计算了两个站点每月每天从00:00~23:30每半小时CO 2 通量的平均值(正值表示碳排放，负值表示碳吸收)，得到了FI-Hyy/FI-Jok两个站点各月NEE通量的日变化(图6)。 图6. 2003年FI-Hyy/FI-Jok各月平均NEE的日变化特征 如图6所示，FI-Hyy站点除1至3月，11和12月外，NEE的日变化幅度比较大。06:00 (北京时，下同)之后，NEE为负值，表明生态系统在吸收CO 2 ；18:00之后，NEE逐渐变为了正值，又碳吸收变为了碳排放。在8月，生态系统白天碳吸收和夜间碳排放速率达到最大，NEE的最小值(表示最大吸收速率)和最大值(表示最大排放速率)分别为−10.3和5.6 umo1 CO 2 /m²/s。 而FI-Jok站点1~4月，NEE的日变化幅度几乎没有变化，基本维持在0 umol CO 2 /m²/s左右，从5月开始，NEE的日变化幅度开始变剧烈，在6:00之后，NEE变为负值，生态系统开始吸收CO 2 ，12:00左右达到最小值，19:00之后，NEE又逐渐变为了正值，又碳吸收变为了碳排放。在冬季10~12月，在FI-Jok站点NEE各月平均日变化曲线波动相似。 图7. 2010年DK-ZaF/DK-ZaH各月平均NEE的日变化特征 图7为2010年全年FLUXNET连续观测DK-ZaF/DK-ZaH站点的NEE通量数据得到的DK-ZaF/DK-ZaH两个站点各月平均NEE通量的日变化比较曲线图。 如图7所示，DK-ZaF站点各月平均NEE的日变化特征明显大于同组配对DK-ZaH站点NEE变化曲线。DK-ZaF站点除1至2月，9至12月外，NEE的日平均特征均有明显的变化，其中6~8月波动幅度十分明显。在6~7月份中，由于格陵兰岛为极昼地区，日照强烈，几乎全天NEE数据均为负值，为碳汇。在7月，生态系统白天碳吸收达到最大，NEE的最小值(表示最大吸收速率)可达−5.67 umol CO 2 /m²/s。在8月，格陵兰岛极昼消失，早上06:00之后，NEE开始为变为负值，表明生态系统在吸收CO 2 ；18:00之后，NEE逐渐变为了正值，又碳吸收变为了碳排放。在8月NEE的最小值和最大值分别为−2.563 umol CO 2 /m²/s和1.864 umol CO 2 /m²/s (图7)。 而DK-ZaH站点全年，NEE的各月平均日变化几乎没有明显变化幅度，基本维持0 umol CO 2 /m²/s左右，除7、8月份有小幅的波动。 3.4. CO 2 通量月动态变化特征 图8. 2003年Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点(a) NEE月总量变化、(b) RE月总量变化和(c) GPP月总量变化 如图8所示，NEE为负值，表明生态系统吸收CO 2 ，1~4月份均为碳排放，5月初变为负值，表示生态系统由碳源转变为碳汇，六月达到一年的最小值，之后NEE逐渐增加，变为正值，表明生态系统又变成碳源。 Hyy (ENF)和Jok (CRO)站点GPP和RE都表现出明显的单峰性变化特征，7月最大，其他月份依次减少，而NEE表现为“两峰一谷”型特征。夏季(7月)表现为碳吸收谷，而春季(4月)和秋季(10月)出现排放峰，NEE是GPP和RE的差值，它反映了生态系统光合作用和呼吸作用的相对大小，说明在下垫植被生长的早、晚季节，虽然植被具有一定的光合作用，但呼吸作用仍起主导作用，但此时的气温高于其他非生长季节，而土壤和植被的呼吸作用高于其他非生长季月份，呼吸作用更为重要，所以呈现出两个碳排放峰值。比较2003年生长季7，8，9月碳通量的差异，Hyy (ENF)相同月份的GPP和RE都要比Jok (CRO)站点同比偏高，应该由于下垫面植被的差异。 如图9，从2010年的ZaH (GRA)和ZaF (WET)站点的RE、GPP和NEE的月总量变化可看出，从2月开始，两组站点的NEE都开始变为负值，GPP大于RE，即生态系统由碳源转为碳汇，7月GPP的绝对值达到一年中的最大值，8月两组站点的GPP都开始明显减小，9月GPP小于RE，NEE变为正值生态系统又转为微弱的碳源。 图9. 2010年ZaH (GRA)和ZaF (WET)站点(a) NEE月总量变化、(b) RE月总量变化和(c) GPP月总量变化 图9中，ZaF (WET)站点NEE，RE和GPP月总量峰值明显大于ZaH (GRA)峰值，ZaF站点的三项数据波动明显，有明显季节变化。而ZaH站点相比较而言，变化幅度不大，尤其NEE值变化十分细微，维持在0左右波动。