[科普中国]-通量观测网络

最近十几年来，关于全球变化与陆地生态系统的研究已经从最初人类关注大气微量气体和全球变暖之间的联系(Wigley&Sehlesinwr,1985)，发展到更多地关注生态系统及植被-大气界面的二氧化碳交换过程和反馈机制，而全球碳收支的精确评价及其控制机理也日益成为人们高度重视的研究领域(Houghton et al，1990,2001)。为此，国际上启动了一批大型国际研究计划，正在展开不同地区和不同生态系统类型的碳水循环和碳水通量的实验观测，并建立了相关的观测研究网络(Baldocehi et al，2001)。早在20世纪90年代初北美(Greco&Baldocchi 1996 )、欧洲 ( Valentini et al. 1996 ) 和日本(Yamamoto et al.1999)就已开始进行多站点联合的长期通量观测，1995年在La Thuile举行的通量观测研讨会上，国际同行正式讨论成立了"国际通量观测研究网络(FLUXNET)"，此次会议促成了之后全球范围内更多通量观测站的建立和区域性通量观测网络的迅速发展。之后欧移通量网(CarboEurope)和美洲通量网(AmeriFlux)分别于1996年和1997年成立，随着全球对地观测系统(EOS)的加入，美国国家航空航天局(NASA)决定于1998年开始以验证EOS产品的名义资助全球尺度的FLUXNET项目。从20世纪末开始，全球通量观测站点不断增加，到2004年为止，全球已有270多个通量观测站点在FLUXNET注册。

简介最近十几年来，关于全球变化与陆地生态系统的研究已经从最初人类关注大气微量气体和全球变暖之间的联系(Wigley&Sehlesinwr,1985)，发展到更多地关注生态系统及植被-大气界面的二氧化碳交换过程和反馈机制，而全球碳收支的精确评价及其控制机理也日益成为人们高度重视的研究领域(Houghton et al，1990,2001)。为此，国际上启动了一批大型国际研究计划，正在展开不同地区和不同生态系统类型的碳水循环和碳水通量的实验观测，并建立了相关的观测研究网络(Baldocehi et al，2001)。早在20世纪90年代初北美(Greco&Baldocchi 1996 )、欧洲 ( Valentini et al. 1996 ) 和日本(Yamamoto et al.1999)就已开始进行多站点联合的长期通量观测，1995年在La Thuile举行的通量观测研讨会上，国际同行正式讨论成立了"国际通量观测研究网络(FLUXNET)"，此次会议促成了之后全球范围内更多通量观测站的建立和区域性通量观测网络的迅速发展。之后欧移通量网(CarboEurope)和美洲通量网(AmeriFlux)分别于1996年和1997年成立，随着全球对地观测系统(EOS)的加入，美国国家航空航天局(NASA)决定于1998年开始以验证EOS产品的名义资助全球尺度的FLUXNET项目。从20世纪末开始，全球通量观测站点不断增加，到2004年为止，全球已有270多个通量观测站点在FLUXNET注册。1

组成及分布目前FLUXNET由美国通量网(AmeriFIux)、欧洲通量网(CarboEurope)、澳洲通量网(OzFlux)、加拿大通量网(Fluxnet-Canada)、日本通量网(AsiaFlux)、韩国通量网(KoFlux)和中国通量网(CHInaFLUX)等7个主要的区域性通量研究网络及CAROMONT, GREENGRASS, OzNet, Safari2000,TCOS-Sibeia,TroiFlux等一些专项性研究机构共同组成。观测站点主要分布在欧洲、北美洲大陆和日本，这也与这些国家和地区开展通量研究时间较长、设备投资能力强有关，近年来随着全球碳收支研究日益受到重视，越来越多的国家和地区竞相开展陆地生态系统水碳通量的观测和研究，亚洲、非洲和南美洲等发展中国家和地区的通量观测站也在逐渐增多，极大地减弱了全球通量观测研究的空间不均匀性。此外，通量观测技术和设备的改进和完善，也加速了全球通量观测事业的发展。1

不均衡原因通量观测站在植被类型上分布不均衡是多种因素影响的结果。森林生态系统一直被认为是重要的陆地生态系统碳汇，因此众多有关全球碳收支的大型国际碳计划也都以森林生态系统为研究重点，近年来已在北美洲和欧洲的森林生态系统中开展了广泛的通量观测研究(如Wofsy et al，1993 Black etal， 1996Goulden et al， 1996, 1998，Lee et al.,1999)。欧洲和北美加拿大境内的北方针叶林面积较大，森林生态系统的通量观测也以北方针叶林为主，因此常绿针叶林(ENL)中的通量观测站所占比例较大。草地生态系统约占地球表面自然植被面积的32%(Adams et al.，1990)，但在早期的通量研究中草地却很少受到关注。然而草地生态系统丰富的土壤碳储量及其对气候变化的敏感性，使人们逐渐认识到草地在全球碳平衡中的作用，近年来加强了对草地生态系统通量的观测和研究(如Flanagan et al., 2002 Surkey et al., 2003 Hunt etal，，2004等)，草地通量观测站也在逐渐增多。

除了以上自然因素外，各国家和地区的经济发展水平及科学技术实力也直接影响通量观测站的空间分布。目前在通量观测中被广泛应用的涡度相关技术是流体力学和微气象学的理论研究、微气象观测仪器及计算机技术长期发展的结果(Baldocchi,2003)。仪器缺乏曾一度阻滞了涡度相关方法的应用，当有了相对快速响应的风速和温度传感器后，涡度相关法也只能在晴好天气状况下观测极平坦地形上的低植被(农田)-大气间的热量和动量通量这些早期的试验性研究为后来的农田CO2通量观测奠定了很好的理论和实验基础。但由于当时仍然缺少快速CO2和风速传感器，CO2通量观测也只能以梯度理论为基础。到20世纪70年代人们发现梯度法不适于高大植被的通量观测，之后快速响应的开路红外气体分析仪的出现和普及才使得涡度相关技术被逐渐用于各种植被(包括农田及各种森林和草地)与大气间的CO2通量观测。尽管目前已有多种可选择的低成本微量气体传感器和分析仪，但将这些观测仪器用于长期通量观测时，系统维护较难、成本也较高，在众多发展中国家由于资金限制也阻碍了涡度相关通量观测的开展。此外，涡度相关系统的运行和维护也要求使用者具有一定的文化水平，这些因素都不同程度地限制了涡度相关通量观测技术在经济和科学发展水平较落后地区的应用和普及，这也正是通量观测站主要集中在经济发达的北美洲和欧洲，而在亚洲、非洲和南美洲等发展中国家和地区通量观测站点较少的主要原因。1

发展方向国际通量观测网络(FLUXNET,http//www.nuxnet.ornl.gov/Huxnet/，2005)的主要目标是利用微气象技术获取某地区代表性植被与大气间的二氧化碳、水汽和热量通量信息，从而评价各陆地生态系统在区域和全球碳收支中的作用，但由于上述原因，目前通量观测站的分布具有极大的空间地域和植被类型上的不均衡性，为了减少基于涡度相关通量观测的全球GPP和NEP的估算误差和不确定性，在未来FLUXNET发展中很有必要在目前观测站点较少的地区(如非洲、印度、拉丁美洲、高纬极地增设更多的通量观测站，增强观测站点的区域和生态系统的代表性，为准确评价各种类型的植被在陆地生态系统中的碳源/汇功能，并解答生态学、生态水文学、生物地球化学、遥感及生物地理模型中的众多悬而未决的难题服务，最终服务于全球碳循环和碳收支研究。

ChinaFLUX的启动，填补了我国在全球CO2和水热通量长期观测研究中的区域空白，虽然过去也曾应用微气象法对农田生态系统CO2和水热通量做过一些研究，而对草原和森林生态系统的研究却十分少见。中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)经过十多年的建设已经为中国陆地生态系统的水碳循环研究平台的建立奠定了良好的基础，尽管过去的研究工作比较零散，但是也有相当程度的理论和经验积累，2002年，中国陆地生态系统通量观测研究网络(CHinaFLUX)全面启动，目前ChinaFLUX已拥有8个微气象通量观测站和16个箱式法观测站，涵盖了我国主要的农田、草地、森林和水体等生态系统ChinaFLUX的建设参照国际通量观测的标准，在争取观测数据与国际水平齐平的基础上，力争在观测方法和研究内容等方面能够有所创新，为中国的陆地生态系统碳水循环研究提供坚实的实验平台和数据储备。1

本词条内容贡献者为:

杨刚 - 教授 - 西南大学