Comparison of laser and field measurements of vegetation height and canopy cover

Mark A. Weltz

Southwest Watershed Research Center, Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture, Tucson, Arizona


Jerry C. Ritchie

Hydrology Laboratory, Agricultural Research Service, U.S. Department of Agriculture, Beltsville, Maryland


H. Dale Fox

Southwest Watershed Research Center, Soil Conservation Service, U.S. Department of Agriculture, Tucson, Arizona


Abstract

Distribution of vegetation properties is fundamental for understanding vegetation patterns and characteristics, improving estimates of infiltration, evapotranspiration, and soil erosion. A laser altimeter mounted in a small airplane was used to measure surface patterns of the landscape on the U.S. Department of Agriculture's Agricultural Research Service Walnut Gulch experimental watershed near Tombstone, Arizona. The airborne laser altimeter is a pulsed gallium-arsenide diode laser, transmitting and receiving 4000 pulses per second at a wavelength of 0.904 μm. The laser has a 1-mrad field of view and is designed to have a vertical recording precision of 0.05 m on a single measurement. Aircraft altitude varied between 100 and 300 m for the flights. Digital data from the laser were collected with a portable computer and analyzed to provide information on changes in vegetation height, spatial patterns, and patchiness of vegetation cover. The laser-measured vegetation properties of plant height and canopy cover (>0.3 m) were not significantly different than field measurements made using the line-intercept transect method at seven of the eight sites evaluated. Although the laser measurements of canopy height were not significantly different from the ground measurements, the laser consistently overestimated canopy cover less than 0.3 m in height and underestimated canopy cover greater than 0.5 m. New techniques to discriminate the background noise in the laser return signal in sparsely populated shrub communities are necessary before this technique will be fully useful in estimating canopy cover on rangelands. These studies indicate the potential of airborne laser to measure vegetation patterns quickly and quantitatively. The laser also has the ability to separate and map distinctly different plant communities.

source:

http://www.agu.org/pubs/crossref/1994/93WR03067.shtml

Journal title 2004IF  2005IF   2006IF 2007IF
ACTA OECOLOGICA-INTERNATIONAL JOURNAL OF ECOLOGY 1.034 1.077 1.32 1.306
ADVANCES IN ECOLOGICAL RESEARCH 2.667 2.222 2.483 1.083
AFRICAN JOURNAL OF ECOLOGY  0.416 0.385 0.685 0.688
AGRICULTURAL AND FOREST METEOROLOGY 2.811 2.461 2.903 2.323
AMERICAN JOURNAL OF BOTANY 2.438 2.572 2.969 2.512
AMERICAN NATURALIST 4.476 4.464 4.66 4.543
ANN BOT FENN 0.408
ANNALS OF BOTANY 2.262 2.665 2.448 2.939
ANNALS OF FOREST SCIENCE 1.407 1.236 1.29 1.591
ANNUAL REVIEW OF EARTH AND PLANETARY SCIENCES 5.188 4.5 7.683 7.732
ANNUAL REVIEW OF ECOLOGY EVOLUTION AND SYSTEMATICS 9.429 10.104 9.784 10.34
ANNUAL REVIEW OF PLANT BIOLOGY 16.24 17.78 19.837 18.712
APPLIED VEGETATION SCIENCE  1.571 1.517 1.214 1.431
AQUATIC BOTANY 1.143 1.344 1.338 1.497
ARCT ANTARCT ALP RES 0.965
AUSTRAL ECOLOGY 1.273 1.769 1.771 1.674
AUSTRALIAN JOURNAL OF BOTANY 0.893 1.207 0.94 0.987
BASIC AND APPLIED ECOLOGY 1.824 2.407 2.392 2.247
BEHAVIORAL ECOLOGY 2.189 2.943 3.061 3.018
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BIOSCIENCE 3.041 4.708 5.424 4.083
BIOTROPICA 0.977 1.094 1.391 1.704
CANADIAN JOURNAL OF BOTANY 1.194 1.058 1.193 0.985
CANADIAN JOURNAL OF FOREST RESEARCH 1.446 1.531 1.549 1.51
CHINESE SCI BULL 0.77
CLIMATIC CHANGE 2.035 2.479 2.459 2.89
CURRENT OPINION IN PLANT BIOLOGY 9.057 10.807 10.182 9.189
Diversity and Distributions  2.109 3.345 3.441 2.965
ECOGRAPHY 2.841 2.703 3.34 3.066
ECOHEALTH 1.492
ECOLOGICAL APPLICATIONS 3.287 3.804 3.47 3.571
Ecological Complexity  - 1.409 1.688 1.661
ECOLOGICAL ECONOMICS 1.266 1.179 1.223 1.549
ECOLOGICAL ENGINEERING 0.89 0.981 1.331 2.175
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ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY  1.282 2.022 2 2.014
EMBO JOURNAL 10.492 10.053 10.086 8.662
EUR J FOREST RES 1.23
EVOLUTIONARY ECOLOGY 3.215 1.776 1.667 2.905
EVOLUTIONARY ECOLOGY RESEARCH 1.548 1.614 1.785 1.409
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FRONTIERS IN BIOSCIENCE 3.226 2.623 2.771 2.989
FRONTIERS IN ECOLOGY AND THE ENVIRONMENT 3.362 4.745 4.842 4.269
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FUNCTIONAL PLANT BIOLOGY 2.075 2.496 2.272 2.375
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HUMAN AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT 0.778 1.113 0.67 0.912
INTERNATIONAL FORESTRY REVIEW 0.329 0.924 0.618 0.413
INTERNATIONAL JOURNAL OF PLANT SCIENCES 1.752 1.95 1.622 1.59
J FOREST RES-JPN 0.492
J INTEGR PLANT BIOL(ACTA BOTANICA SINICA)  0.413 0.432 0.515
J PLANT BIOL 0.752
J PLANT BIOL  0.67
JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY 3.266 4.594 4.527 4.22
Journal of Biogeography  2.329 2.804 2.878 3.539
JOURNAL OF ECOLOGY 3.397 4.277 4.239 4.422
JOURNAL OF ENVIRONMENTAL BIOLOGY 0.266 0.34 0.197 0.48
JOURNAL OF EXPERIMENTAL BIOLOGY 2.679 2.712 3.63 3.917
JOURNAL OF FORESTRY 0.681 1.017 1.188 1.259
JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY 1.054 1.403 1.521 2.239
JOURNAL OF VEGETATION SECIENCE 1.845 2.112 2.382 2.251
LANDSCAPE ECOLOGY 2.092 2.173 2.558 2.061
MARINE ECOLOGY -An Evolutionary Perspective 0.4 0.897 0.936 0.97
MARINE ECOLOGY-RPOGRESS SERIES 2.052 2.315 2.286 2.546
MICROBIAL ECOLOGY 2.5 2.674 2.332 2.558
MOLECULAR ECOLOGY 4.375 4.301 4.825 5.169
MOLECULAR ECOLOGY NOTES 1.175 1.219 1.22 1.257
NATURE 32.182 29.273 26.681
NEW FORESTS 0.694 0.534 0.681 0.733
NEW PHYTOLOGIST 3.355 4.285 4.245 5.249
NEW SCIENTIST 0.198 0.211 0.193 0.224
NEW ZEALAND JOURNAL OF ECOLOGY  0.568 0.833 0.967 0.944
OECOLOGIA 2.899 3.032 3.333 2.973
OIKOS 2.901 3.309 3.381 3.136
PALAEOGEOGRAPHY PALAEOCLIMATOLOGY PALAEOECOLOGY 1.974 1.899 1.512 2.162
PALEOBIOLOGY 1.725 2.576 2.405 3.225
PERSPECTIVES IN PLANT ECOLOGY EVOLUTION AND SYSTEMATICS  1.609 3.053 2.905 3.043
PHOTOSYNTHESIS RESEARCH  2.614 2.295 2.193 2.139
PHOTOSYNTHETICA 0.734 0.81 0.782 0.976
PHYSIOLOGIA PLANTARUM 2.017 2.112 2.169 2.192
PLANT AND SOIL 1.542 1.703 1.495 1.821
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PLANT SCIENCE 1.389 1.605 1.631 1.795
PLANT SOIL AND ENVIRONMENT 0.17            ----
PLANTA 3.058
POLISH JOURNAL OF ECOLOGY 0.31 0.308 0.306 0.433
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA 10.452 10.231 9.643
RUSSIAN JOURNAL OF ECOLOGY 0.076 0.118 0.181 0.2
RUSSIAN JOURNAL OF PALNT PHYSILOGY 0.16 0.277 0.321 0.439
SCANDINAVIAN JOURNAL OF FOREST RESEARCH  0.815 0.911 0.868 0.69
SCIENCE 31.853 30.927 30.028
SCIENCE IN CHINA SERIES C-LIFE SCIENCES 0.481 0.482 0.533 0.635
SCIENCE IN CHINA SERIES D 0.909 0.935 0.636 0.718
TREE PHYSIOLOGY 2.462 2.101 2.297 2.141
Tree-Ring Research  0.625 0.75
TREES-STRUCTURE AND FUNCTION 1.386 1.386 1.461 1.467
TRENDS IN ECOLOGY & EVOLUTION 12.938 14.864 14.125 14.797
TRENDS PLANT SCI 8.995

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全新世的气候变化 过去认为全新世(Holocene)开始于1万年前(10kaBP),那是根据14C测定的,称为14C年。后来发现14C年要经过树轮校正,才能得到正确的实际的年代,即日历年。校正后全新世开始的日历年为11.5kaBP。全新世对于人类具有十分重要的意义。人类的文明社会,当前社会的一切繁荣、富强、发展、进步都发生在全新世。因此,认识全新世的气候变化有重要的意义。

为了说明全新世在地球历史上的地位,有必要简略回顾一下地球气候的历史,至少近两百万年的历史。尽管这对于有46亿年历史的地球而言几乎只相当于一天中几分钟短暂时间。 大约240多万年前地球进入所谓第四纪,其气候特点是冰期-间冰期交替,地质学家称之为旋回。旋回的时间即周期以万年计,但是并不稳定。近70万年来以10万年周期为主。在南极的冰芯氧同位素变化中表现最清楚,在深海沉积、黄土堆积中也有一致的反映。一般认为冰期-间冰期旋回的形成与地球轨道要素的变化有关。由于这是米兰克维奇发现的,所以也称为米兰克维奇周期。最近一个旋回开始于约12万年前,那时地球气候与现代的温暖程度相当。到2.3万年前达到最冷,称为末次冰盛期。在每个10万年左右的冰期-间冰期旋回中,温暖时期是比较短暂的,一般约1—2万年。而更多的时间处于降温过程中。但是温度的下降不是直线的,而是由一系列的波动组成。直到20世纪中叶大多数科学家还相信冰期的气候是持续的寒冷。但是后来发现冰期中也有相对温暖的时期。认识到冰期气候的不稳定性是古气候研究的一项重要成果。 末次冰盛期之后处于冰消期,北美的劳伦泰冰盖,北欧的斯堪的那维亚冰盖相继瓦解。但是,就在气候已回暖到接近现代的情况下,又发生了一次激烈的气候波动,称为“新仙女木”事件。以北大西洋北部为中心,气候迅速变冷。但是寒冷仅持续了1千年左右,又快速后暖,所以称为气候突变。温度变化的幅度达到了冰期-间冰期旋回的3/4。这是末次冰期中最后1次气候突变。“新仙女木”事件之后,即进入全新世。 尽管在20世纪后期人们已经认识到冰期气候的不稳定性,不再把冰期看成持续的寒冷时期,也不再认为第四纪仅有4—5次冰期。但是,仍认为全新世的气候温暖而平和,没有大的气候波动。1995年O′Brien等首先根据格陵兰冰芯中海盐与陆源尘粉的变化,指出全新世可能有一系列的冷事件。以后国际上开始了一系列的研究。最著名的是Bond等(1997)根据北大西洋深海沉积中冰岛火山玻璃和染赤铁矿等浮冰碎屑(IRD)确定的冷事件年表。冰岛及扬马延岛等地的冰川下滑到海中形成冰山,冰底携带了碎石颗粒,其中包括火山活动形成的玻璃和与赤铁矿摩擦而染红的碎石。当冰山融化时,冰底的碎石沉入海底。因此分析北大西洋深海沉积的IRD,可以判断何时有大量流冰倾泻入北大西洋,也就是冷事件。在爱尔兰以西的地区沉积率超过了10cm/ka,所以隔0.5—1.0cm取样,使得沉积记录的时间分辨率达到50—100年。根据Bond等的研究全新世共发生9次冷事件,小冰期约出现于0.4kaBP。 近年来一系列的古气候研究表明亚非季风区的降水量变化也同冷事件有关。当北大西洋出现冷事件时,季风降水减少,即弱季风事件。例如Gupta等(2003年)对阿曼湾沉积的研究就很有代表性。深海沉积中保存了浮游有孔虫的记录。有的有孔虫的纪录与海水温度有线性关系,而海水温度取决于涌升,涌升的强度则依赖于海表的风力大小,也就是季风强度。因此,人们可以从过去近万年的有孔虫记录来推测当时季风的强度,确定弱季风事件。近来用大气环流模式所做的模拟研究表明,THC减弱北大西洋变冷,可能是亚非季风减弱的原因。因此,冷事件与弱季风事件出现时间的一致,可能并不是偶然的。 实际上我国至少是最早注意到全新世气候不稳定性的国家之一。施雅风、孔昭宸主编的《中国全新世大暖期气候与环境》(1992年)一书就明确指出4次冷事件,其出现的时间与Bond等在5年之后发表的北大西洋冷事件的14C年表十分接近。以后中国的诸多作者,根据冰芯、泥炭、孢粉、黄土、湖泊、冰川、雪线及考古资料做了大量的研究,并且有不少是高分辨率的古气候序列,证明全新世中国弱季风事件年表与北大西洋冷事件有很大的一致性。 全新世中的冷事件以及季风区的弱季风事件是与全新世的基本气候特征背道而驰的。全新世作为间冰期气候温暖湿润,但是不断为冷干气候事件打断。这些冷干事件一般只有几百年,短的也许只有1-2百年。但是对人类的社会发展却有很大的影响。8.2kaBP的冷事件就可能促进了农牧业的发展。因为,在全新世中各地先后进入新石器时代,人口也迅速增长。发生气候突变时,采集、狩猎不再能满足生活需要,再加上人口的压力,就可能成为推动农牧业发展的动力。据吴文祥、刘东生的研究5.5kaBP的气候变冷在四大文明古国:两河流域、埃及、印度及中国的文明中有重要的推动作用。4.2—4.0kaBP的气候变干正当两河流域的阿卡德王国解体、埃及处于混乱的第1中间期、印度哈拉帕文明衰落。中华古文明也处于交替时期,经过动乱,于公元前2070年建立夏朝。愈来愈多的证据表明,人类社会的发展与全新世大约出现于8kaBP、6kaBP以及4kaBP的3次气候突变有密切的联系。

来源: http://baike.baidu.com/view/45266.htm

全球气候变暖将开始“中场休息”,时间大约是10年。 这是全球首个十年期气候预报。德国研究小组声称,全球平均气温与正常水平相比仍将会持续偏高,但21世纪头7年所呈现出的气温不再进一步升高的势头,很可能还将再持续10年。

洋流改变抵消温室效应

德国研究小组的努力是世界范围内首次正式发布的十年期气候预报。这项研究成果刊登在5月1日出版的《自然》(Nature)杂志上。 为什么会有这种结论?研究小组称,海洋洋流的自然改变有可能会暂时性地抵消不断上升的温室气体排放所产生的影响。

普林斯顿大学地球物理流体动力学实验室科学家汤姆警告说,这项预测“非常大胆”。 即使没有全球变暖,十年期的气候变化也会产生巨大的社会和经济影响。举例来说,这种变化被认为可能会导致飓风季里飓风密度的升高或降低,又或者是长期干旱的重复发生。研究者说,仅此就使得这一十年期的气候预报具有极高的价值。而由于与百年期的气候预测使用的都是同样的计算机模型,因此相对后者,十年期这种更短期的预测更加现实。 结论:太平洋地区温度不变 这一建立气候模型的最新努力来自于德国莱布尼兹海洋科学研究所和汉堡的马克思·普朗克气象研究所。但他们在其全球模型中所使用的是一种相对非传统的方法。 但是,一些研究者认为,对于十年期的气候预测,大气的变化显得过于迅速而没有多大用处。德国研究小组则希望利用变化速度更慢而规模更大的洋流模型以及它与大气的相互作用来取代。 研究小组发现,在引入海洋温度测量后,这一模型预测气候变化的能力有力显著的提升。结果是:在未来十年,欧洲和北美的大部分地区表面温度将会出现轻微的下降。同时,太平洋热带地区的海洋温度将不会出现较大的改变。总体上,这将导致一段时期全球平均气温的相对稳定。 气候变暖仍是大趋势 去年,英国哈德利中心气候预测和研究小组提出了他们自己的十年期气候初步预测。除了所谓未来自然条件“难以预测的变化”和人为的温室气体排放、阳光浮尘等,这个小组将海洋和大气条件综合作为了他们研究的基础。而他们最终的预测是:自然的变化在某种程度上将抵消全球变暖,虽然他们同时也预计气候将会持续变暖。至少在2009年之后的5年里,有可能打破目前最热年份的记录。 这两个小组都承认,这样的模型要真正投入使用还有大量的工作要做。举例,研究者希望能够获得5000米深处的海洋温度测量。然而对大多数人来说,现在谈论这些预测有多大用处还为时过早。 (《自然》(Nature),453, 84-88,N. S. Keenlyside,E. Roeckner)

科学家研究报告称:北极在变暖 南极在变冷 2008年05月05日

来源:新华网

科学家的最新研究发现,人类活动引起的气候变化给北极和南极造成的影响大相径庭:北极的海冰在融化,南极的气温在降低。 据路透社日前报道,科学家在将于本月6日发表在《Eos》杂志上的一份极地气候研究报告中说,地球的北极和南极都受到太阳辐射和引起全球变暖的温室气体水平不断上升的影响,但南极在夏天还受到其上空一个臭氧洞的影响。 报告作者、美国新泽西州拉特格斯大学大气科学家珍妮弗·弗朗西斯等人指出,在北极,人类活动产生的二氧化碳导致气候变暖,加上自然气候变化,形成了“完美的北极风暴”,这在去年导致了北极大量海冰的融化消失。这一趋势可能还要继续下去。而在南极,臭氧空洞给那里本已复杂的天气形势又增加了变数。 报告说,人类所用冷冻剂和发胶含有的化学物质排放后导致大气臭氧层遭到破坏,形成平流层臭氧洞,由此引起的大气压力变化导致南极洲以北不远的南大洋上西风增强,这使得南极洲许多地区免受全球变暖的一些影响。但在未受南大洋西风“保护”的南极半岛,全球变暖的影响非常明显。 科学家说,国际上的共同努力使平流层臭氧洞有可能在2070年之前完全修复。不过,臭氧层修复可能导致南极洲中部气候变暖。

藏羚羊已基本适应青藏铁路通道

4月17日,中国科学院动物研究所研究员杨奇森在英国《自然》杂志发表文章,报道该研究组在青藏铁路沿线通过实地监测,发现藏羚羊的迁徙活动已基本适应青藏铁路野生动物通道这一事实,对前一阶段少数境外媒体就“中国政府在青藏铁路环保中是否做出努力”的质疑进行了有力回击。 作为负责评价青藏铁路对高原野生生物影响的动物学家,自2003年起,杨奇森就带领着他的研究组在“青藏铁路的生态效应”项目、国际著名动物学家George B. Schaller、野生动物保护组织WCS的帮助下,对青藏铁路野生动物的情况进行了连续的实地监测。他们发现,尽管在青藏铁路建设阶段,藏羚羊的行为受到了一些扰动,但它们很快通过调整迁徙路线而适应了铁路工程导致的局部环境变化。青藏铁路修建了很多高架桥,在昆仑山—开心岭约259公里的藏羚羊主要迁移区段,长度超过100米的大中桥就有143座,桥梁累计总长度达46公里,此外还有一些可供利用的小桥。以2006年为例,他们共观测到2952只藏羚羊的回迁,其中98.17%从野生动物通道中穿过,说明藏羚羊迁徙已基本适应了青藏铁路野生动物通道。 最近一段时间,少数境外新闻媒体借中国记者刘为强利用Photoshop等软件合成假照片——“青藏铁路为野生动物开辟生命通道”获奖一事,发表了“Photoshop是如何帮助中国进行宣传的——藏羚羊、火车及国家新闻机构”、“当自然界不与中国合作,只有Photoshop!”等失实报道,严重侵害了我国政府在青藏高原环境及野生动物保护方面的形象。杨奇森研究组所报道的结果,给那些质疑“中国政府在青藏铁路环保中是否做出努力”的媒体给予了强有力的回击。

source: http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2008/04/22/15/73/31.htm

华南植物园生态系统管理创新研究组莫江明研究员等近期对鼎湖山森林生态系统中氮沉降的研究取得重要进展,他们发现氮沉降增加抑制成熟林土壤CO2的排放。该结果发表在刚刚出版的国际著名杂志Global Change Biology(2008, 14: 403-412)上,与前段时间时他们在植物学领域另一权威杂志Plant and Soil(2006, 282: 135-151)上发表的氮沉降对凋落物分解的研究结果一致,即氮沉降减缓凋落物的分解。这些发现意味着氮沉降增加可以驱使成熟林土壤有机碳的积累,从而也部分解释了华南植物园周国逸研究员等在国际权威杂志Science(2006, 314: 1417)上报道的成熟林土壤能够积累有机碳的机理。此外,由于氮沉降全球化已成为现实,而且随着经济的发展不难预见未来氮沉降将更加严重,因此这些发现还意味着在氮沉降背景下成熟林土壤在减缓大气CO2浓度增加过程中将扮演重要的角色。

source: http://www.scbg.ac.cn/news/zxxx/2008320171650.htm

Altitudinal differences in the leaf fitness of juvenile and mature alpine spruce trees (Picea crassifolia)

Changming Zhao (1, 2), Litong Chen (1, 2), Fei Ma (1), Buqing Yao (1) and Jianquan Liu (1, 3, 4)

1. Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology, Ministry of Education, School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, Gansu, P.R. China / 2. These authors contributed equally to this work / 3. Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota, Northwest Plateau Institute of Biology, Chinese Academy of Sciences, Xining 810001, Qinghai, P.R. China / 4.

Corresponding author (liujq@nwipb.ac.cn) / Received January 22, 2007; accepted May 7, 2007; published online October 15, 2007

Summary : In many plant species, leaf morphology varies with altitude, an effect that has been attributed to temperature. It remains uncertain whether such a trend applies equally to juvenile and mature trees across altitudinal gradients in semi-arid mountain regions. We examined altitude-related differences in a variety of needle characteristics of juvenile (2-m tall) and mature (5-m tall) alpine spruce (Picea crassifolia Kom.) trees growing at altitudes between 2501 and 3450 m in the Qilian Mountains of northwest China. We found that stable carbon isotope composition (δ13C), area- and mass-based leaf nitrogen concentration (N a, N m), number of stomata per gram of nitrogen (St/N), number of stomata per unit leaf mass (St/LM), projected leaf area per 100 needles (LA) and leaf mass per unit area (LMA) varied nonlinearly with altitude for both juvenile and mature trees, with a relationship reversal point at about 3100 m. Stomatal density (SD) of juvenile trees remained unchanged with altitude, whereas SD and stomatal number per unit length (SNL) of mature spruce initially increased with altitude, but subsequently decreased. Although several measured indices were generally found to be higher in mature trees than in juvenile trees, N m, leaf carbon concentration (C m), leaf water concentration (LWC), St/N, LA and St/LM showed inconsistent differences between trees of different ages along the altitudinal gradient. In both juvenile and mature trees, δ13C correlated significantly with LMA, N m, N a, SNL, St/LM and St/N. Stomatal density, LWC and LA were only significantly correlated with δ13C in mature trees. These findings suggest that there are distinct ecophysiological differences between the needles of juvenile and mature trees that determine their response to changes in altitude in semi-arid mountainous regions. Variations in the fitness of forests of different ages may have important implications for modeling forest responses to changes in environmental conditions, such as predicted future temperature increases in high altitude areas associated with climate change. Keywords: altitude, carbon isotope, ecophysiology, morphology, tree age.

从一种无花果来看二者的关系,木质部导管分子逐渐变细对树木由于高度的生长所引起的水力限制提供部分的补偿作用.

Tapering of xylem conduits and hydraulic limitations in sycamore (Acer pseudoplatanus) trees

Authors: Petit, G; Anfodillo, T; Mencuccini, M

NEW PHYTOLOGIST 177 (3): 653-664 2008

Abstract: Vertical conduit tapering is proposed as an effective mechanism to almost eliminate the increase in hydraulic resistance with increased height. Despite this potential role, very little is known about its changes during ontogeny. Here, conduit tapering and stem morphology of young/small and old/tall individuals of Acer pseudoplatanus in the field, as well as 3-yr-old grafted trees from both age classes, were analysed. The distribution of hydraulic resistance along stems was also determined in a subsample of trees. Substantial conduit tapering was found in small trees (field-grown and grafted from both age classes), whereas values were lower in tall trees, indicating that tapering was a size-related, not an age-related process. Apical conduit diameters were larger in tall trees and were inversely correlated with the degree of tapering. Hydraulic resistance increased less than linearly with distance from the apex. Its scaling against distance was indistinguishable from that predicted from anatomical measurements. Conduit tapering was an effective but partial mechanism of compensation for the increase in hydraulic resistance with tree height. Size-related changes in tapering and in apical conduit diameters may be explained by the combined need to reduce the build-up of hydraulic resistance while minimizing the carbon costs of building vessel walls.

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农业生态学教程  全球生态学

尽管国人有研究表明天然林具有积累土壤碳的功效, 但是土壤似乎并不是缓解大气中二氧化碳浓度日益增加的尚方宝剑。

---- 《科学》:土壤侵蚀缓解全球变暖能力甚微

作者:张丽颖 教育部科技发展中心

根据10月25日发表在《科学》上的一篇文章,被侵蚀的耕种土壤不是大气中二氧化碳的一个来源。该篇文章的作者、美国加州大学戴维斯分校农业生态学教授Johan Six表示:我们对陆地生态系统的不同过程如何捕获和释放碳还知之甚少,因此,如果要开发切实可行的方法来对抗全球气候变化,就需要对这些过程进行量化。 研究人员开发了一种新方法来确定土壤侵蚀对土壤与大气之间碳交换的净效应。他们利用核武器测试中的一种副产品——铯-137来追踪农业区域中土壤的运动。这样可以预测土壤侵蚀和沉积地区的碳量。通过将这些预测结果与实测量进行对比,他们可以确定哪些地区的土壤是碳源,哪些地区的土壤是碳汇。也能够确定侵蚀地区被替代的碳量,这样就可以计算侵蚀对全球碳循环的影响。 结果发现:在土壤侵蚀的地区,侵蚀就像一个传送带,它挖开下层土,通过表土到达山谷底部。在旅行的过程中,土壤从植物材料中吸收碳,这些碳最终随着土壤被埋葬在沉积区域。因此,土壤侵蚀从大气中除去的碳比其释放的碳要多,因此可以被视为碳汇。 研究人员还发现:这些沉积的CO2的量仅相当于石油燃料年排放量的1.5%。这对此前的理论提出了质疑。英国埃克赛特大学的教授Tim Quine表示:我们的研究表明,土壤并不是缓解大气中二氧化碳浓度日益增加的尚方宝剑。

来源:http://www.sciencedaily.com/releases/2007/10/071025143317.htm

科学时报上这篇文章值得看看-------

“季风带给唐朝的命运”之争又有新解

科学时报 2007-11-19     作者:易蓉蓉
    “我们的研究表明,中国在公元700~900年间,严寒的冬季(即冬季风强)基本上伴随着多雨的夏季,否认唐朝灭亡于气候干旱的论断,也质疑德国科学家所谓在年-10年尺度上冬季风和夏季风的强度变化呈‘反相关’的推论。”中国气象局国家气候中心首席科学专家张德二研究员在接受《科学时报》采访时说。

    11月15日,Nature杂志发表了题为《质疑冬季风和夏季风强度变化的“反相关”说》的文章,作者为中国气象局国家气候中心首席科学家张德二研究员和中国气象科学研究院研究员陆龙骅,文章反驳了德国波兹坦地学研究中心气候动力与沉积主管豪格和他的科研小组于今年1月4日在Nature杂志刊登的论文。

    豪格在论文中写道:“公元751年唐朝开始衰落。造成盛唐衰败的是长期干旱和夏日极其少雨的气象原因。”“根据由中国雷州半岛湖光岩玛尔湖的沉积物分析得出的冬季风代用古气候资料,可认为,在短时间尺度的变化上,冬季风强度和夏季风强度之间存在着一种反相关的关系。在过去15000年里,有3个时期的冬季季风很强,而夏季季风很弱。前两个时期是在冰河纪,而后一个时期大约在公元700~900年间。唐朝自公元618年至公元907年延续近300年。由公元700~900年间冬季风的加强而推知此时中国夏季降雨量的减少,连年干旱造成谷物欠收,激起农民起义,和公元751年唐朝军队与阿拉伯大军激战于中亚重镇怛逻斯,唐军大败后退。这两个原因导致了唐朝(公元618~906年)的衰落,最终于公元907年灭亡。”

    今年1月4日,BBC报道称,“一项最新研究认为,中国历史上辉煌的王朝──唐朝由于古季风的改变而致其逐渐衰亡”,这在国内外反响极大,互联网上也有帖子称“德国科学家发现唐朝因干旱灭亡,中国科学家都干什么去了?!”当时的中国气象局局长秦大河即刻批示:“请张德二先生作出反应。”

    “随即我接受了两家媒体的采访,指出豪格的论断与历史事实不符,不能成立。他们研究气候变化与人类文明的发展和衰落的关系,得出了中国堪称黄金时代的高度发达的唐代文化终因冬季风的加强和干旱而衰败的结论,这是站不住脚的。中国历史朝代之更迭有其十分复杂的因由,中华文明之兴衰绝不会被简单化到由于降水量这样一个自然因子在10年或更短时间内的突然减少就崩溃了,中华文明何至于如此脆弱!”张德二说自己深思再三,查证了更多的资料,和中国气象科学研究院研究员陆龙骅合作写下这篇《质疑冬季风和夏季风强度变化的“反相关”说》。

    唐朝气候并非趋向干旱,所谓冬季风和夏季风的年-10年尺度的变化“反相关”之说遭质疑

    张德二表示,豪格研究小组关于夏季降雨量减少的推论确实和我们掌握的中国历史气候实况相矛盾。中国的历史事实是:公元700~900年间气候并非长期干旱或总体上趋向于干旱,而是呈现干期与湿期的交替变化。

    据张德二介绍,中国历史文献记载的气候事件,具备时间记录明确的优点(其他代用气候数据如树轮、冰芯、沉积物等则存在定年及校正问题),其时间可以精确到年、月甚至日期。一份根据36750条历史气候记录的统计,计算出过去2000年的湿润指数资料序列表明,在公元700~900年间,中国呈现的是干时段与湿时段相互交替出现:其中公元711~770、811~1050年是湿期,公元771~910年是干期。很清楚,唐朝灭亡前的最后30年正是处于多雨时段而不是干旱时段。中国历史气候记录还表明,唐代后期的2个强冬季风的时段——公元810~830年和公元880~890年,皆对应于夏季多雨,而弱冬季风时段公元850年~870年却对应于夏季少雨。此外,历史记录还表明,90%的严寒的冬季(亦即强冬季风)对应于夏季多雨。这说明寒冬—湿夏的对应关系正是唐朝后半期的气候特点。不过,豪格研究小组提出了所谓“在10年尺度上,东亚冬季风强度和夏季风呈反相关关系”的论断,且又认为夏季风弱则对应于中国干旱,再由湖光岩沉积物的分析曲线所显示的在唐朝中期以后冬季风加强,而得出唐朝中期以后气候趋向于干旱少雨的推论。张德二认为,既然这个推论与中国的历史气候实况相悖,就应当对其作为推论依据的“冬/夏季风强度变化反相关(Anti-correlation)”的论断提出质疑。

    沉积物代用气候资料所指示的冬季风强(弱)与中国历史气候实况相反,引起对其科学解释的质疑和新的深入探讨

    张德二指出,豪格小组研究得到的湖泊沉积物的钛(Ti)值含量变化曲线是一项重要的新成果,他们说该资料的时间分辨率接近于“年”,这显然十分难得,在他们的论文中也说到这资料被用来分析时间尺度为“年”的季风强度变化等等。不过将这项高分辨的Ti值时间序列曲线和年代准确的中国历史气候记录对比时,竟然发现二者明显错位,如Ti值含量变化曲线在869年左右出现极高值,指示此年冬季风极强,然而该年及其前后几年恰恰都不是寒冬年份。如果说不必过于苛求这项湖泊沉积的代用资料能够准确地指示“年”尺度的变化,降低时间分辨率,改为按照20年、30年、40年的时间段来对这Ti值含量变化曲线指示的冬季风强弱和历史气候记录进行对比,二者也几乎总是相矛盾的。

    张德二举例说:“中国历史气候记录表明,在公元850~870年间仅有1个寒冬,这意味着此时段的冬季风强度很弱,然而在此期间,湖光岩的Ti含量值却呈现为极高值,指示冬季风很强;相反,在公元810~830年间却有7个寒冬出现,包括中国历史记录中异常严重的海冰冻结的822年的寒冬,通常被认作是唐朝时冬季风最强盛的时段,而此时湖光岩玛尔湖的Ti含量值较低,表示冬季风弱。”这代用资料指示的气候特点与气候实况有如此之大的错位,是值得深思的。这不仅对代用资料的气候意义的解释提出质疑,也将引出湖光岩钛序列定年是否准确、能否用来反映中国冬季风强弱等一些原理性的深入探讨。

    唐朝不可能亡于一场中国人不大知晓的边境战事

    “唐王朝在8世纪开始的衰败,始于公元751年的一场边境战争,唐朝军队在Tanros地方与阿拉伯军队交战而大败,自此唐王朝元气大伤而走向衰落,直至公元907年灭亡。”

    张德二指着豪格的论文说,这是一个很明显的错误。“文章所指的Tanros之战,论其规模,在唐王朝众多频繁的边境战事中实在是极其平常,在中国历代战争的名录中见不到,也不为一般的战争史研究所提及,中国人不大知晓。所以我多次去国家图书馆细查历史重大战争的记录,均无所获,最后终于从十分频繁的边境战事和唐安西节度使高仙芝与边疆胡国关系的记述中,才找到有关751年的这场战事。颇费周折。”

    “它之所以被欧洲人士知晓,仅仅是战败方的约2万唐朝军民成了俘虏,其中包括了大批工匠,尤其是造纸工匠。这些技术工匠被掳往中亚,后又被带往欧洲,他们将多种制作技术,尤其是造纸术传播到了西方。所以,这场规模并不算大的边境战争实在是以它对传播造纸术的重大贡献而在欧洲被广为人知的。豪格的文章失实地夸大了这场发生在唐朝灭亡前167年的局地战事对唐朝衰亡的作用,这不符合中华历史。倒是其后的安史之乱等战事和社会动乱对唐朝的衰亡有直接关联。作者信口开河地轻言‘号称文学艺术达到黄金颠峰时代的中国唐朝’如何‘在751年败于与阿拉伯人的一场战争,从此就走向灭亡’,这实在是对中国历史之轻薄。”张德二说。

    张德二认为,在Nature上展开的这场“唐朝是否因干旱而灭亡”及“东亚冬季风与夏季风强度变化的关系”的学术争论,使我们得到的重要启示之一是,在建立历史代用资料序列时,一定要尽可能地与实况进行对比,特别是在解读代用资料序列的气候含义时,一定要十分小心谨慎。

    张德二最后强调,通过这场争论和大量的对比分析,显示了中国历史气候记录的科学价值,尤其是它时间记载准确可靠的优点,应当在各种古气候代用资料的时间校定上起作用,这也是中国古代文明对现代科学研究的一项独有的贡献。

飓风“卡特里娜”给树带来的损失

    研究人员估计,飓风“卡特里娜”造成了大约3.2亿棵大树的死亡或严重结构损坏,这使美国南部地区的土壤从大气中吸收碳的能力大为下降。飓风和其他干扰能影响地表作为碳汇的潜力,因为死掉的植物在腐烂时将碳释放到大气中,同时成熟植被被更小、更新的植物取代。Jeffrey Q. Chambers和同事分析了飓风前后拍摄的卫星图像,从中寻找绿色植被、树木、地表凋落物以及其他物质的变化,从而测量出卡特里娜的碳影响。他们在本期一篇简报中推测,如果气候变暖导致更多的极端事件和更高的风暴强度,这给森林的树木带来的损失也许将进一步增加大气中的二氧化碳量。

来源于11月16日《科学》杂志

October 11, 2007
地表比湿增加主要由人为影响造成

大气湿度对降水的分布及最大强度、对热带气旋的潜在强度、对地表水文和人的热应激等都有很大影响。研究人员曾经观测到地球表面的比湿(给定体积的空气中水蒸气与空气之比)显著增加,但这些变化是由于自然影响还是人为影响却不清楚。现在,利用一组关于地表比湿观测结果的新数据,以及一个耦合的气候模型的输出结果,Willett等人发现,全球平均表面比湿在20世纪最后几个十年显著增加,这种增加主要是由人为影响造成的。

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source: http://www.natureasia.com/ch/nature/updates/index.php?id=2633&issue=7163

  一种俗称为“一夜老”的飞虫突然在9月14日夜间大量出现,成群飞舞后即落地死去。临沂市多个地点出现了死虫满地的情况,甚至还引发了车祸。据专家介绍,这是一种名为蜉蝣的脉翅目昆虫。

  9月14日20点,记者接到郯城县曹先生的电话说,归昌乡街道几盏路灯引来上百万只不明种类的飞虫,翅膀透明,全身乳黄色。一落地就死亡,身体随即也变得透明。大量的昆虫尸体和卵落满地面(见图),最厚处近3厘米。

  据当地老年人介绍,这种昆虫俗名叫“一夜老”,也叫“夜夜老”。意思是一夜之间产过卵就死掉了,近四十年没见过这么多的“一夜老”,以前只是零星在池塘边见过。

  记者从郯城县马头镇派出所了解到,14日晚8点,马头镇大桥上发生了两货车相撞事故,就是因桥面上落满了当地称为“夜夜老”的飞虫,两车刹车不灵所致,所幸没有造成人员伤亡。

  15日早上,记者接市民电话说,在临沂市正通驾校院内,大量的飞虫死在地面。记者赶到驾校,虽然院子已清扫过,但还是有很多飞虫的翅膀在院内四处飞扬,在角落里还有一些飞虫的尸体。工作人员告诉记者,早上来上班,看到地上满满的蛾子,就像是下了场雪。

  该驾校附近开店的姜先生告诉记者,14日晚上,漫天的飞蛾就像下雪一样,有的飞着就落了下来,打到路人的脸上,走路都难。

  临沂市植物保护站的孙站长调查后介绍说,这是一种名为蜉蝣的脉翅目昆虫,幼期生活在水中,成熟后会进行“婚飞”交配,其寿命一般只有几个小时。但是这种昆虫对农作物并没有害。