基于EPPML的生态系统碳水循环过程模拟

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mileyChina
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生态系统生产力过程模型是当今生态学研究的热点和前沿问题。模型参数的敏感性分析和模拟结果的不确定性分析是模型发展和完善过程中不可或缺的重要环节。本研究应用已有的EPPML(Ecosystem Productivity Process Model forLandscape)对中国生态系统碳通量观测网络中的长白山,千烟洲和内蒙古这3个地区的典型代表植被进行连续两年的碳水循环过程模拟。并在模拟结果的基础上进行模型参数的敏感性分析和模拟结果的不确定性分析,旨在探讨该模型的适用性及普适性,并为模型改进提供更确切的数据和理论支持。本研究的主要工作包括以下几点:   1)长白山阔叶红松林(Pinus koranensis)生态系统2003-2004年碳水循环过程的模拟结果表明,在气候变化的季节模式基本一致的情况下,年生态系统净碳吸收能力(NEP)变化不大,分别为290.7 gC m-2a-1(2003年)和307.2 gC m-2a-1(2004年)。长白山阔叶红松林具有较强的碳汇能力。NEP峰值出现在6月,生态系统呼吸(Re)峰值出现在高温高湿的7月。土壤含水量的增加会促使异养呼吸(Rh)增大。蒸散占降雨量的80%以上,蒸腾的季节变化与植被NPP呈显著正相关。   2)千烟洲马尾松(Pinus massoniana)人工林生态系统2003-2004年具有较强的净碳吸收能力。2003年和2004年的NEP模拟值分别为481.8 gC m-2 a-1和516.6gC m-2 a-1。2003年生长旺季出现的高温和严重干旱天气使其碳吸收能力显著降低。气温、降水和光照是控制碳循环过程季节变化的决定因素,它们的异常最终影响生态系统的碳汇功能。Rh在年尺度上受土壤温度影响较大,在月尺度上受土壤含水量影响较大。在生长季的丰水期,Rh与当时的土壤含水量密切相关。在生长季的枯水期,Rh与前两个月的降水量累加值的相关性最高。该地区蒸散量占降雨量的60%,蒸腾与蒸发的年总值相近。生长旺季受干旱影响,蒸散量下降,蒸腾高于蒸发,生长季初期和末期的丰富降水促使蒸发显著增强,高于蒸腾。   3)内蒙羊草(Leymus chinesis)草原碳吸收能力受降雨量的季节变化影响最大。受气候因素季节变化的影响,每年的碳源/汇转变日期不同。2003年和2004年生长季NEP分别为-9.8 gC m-2和10 gC m-2。降雨量的季节变化是影响该地区碳吸收能力季节变化的主要因素。频率较高的小降雨事件能够有效的促进生态系统碳吸收能力和呼吸。蒸散量占年总降水量的87%左右。水分多以蒸腾形式输出,生长季末期的较高降水促使蒸发显著增强,从而使得蒸散量在植被生长季末期出现增高。   4)EPPML能够较准确的模拟不同生态系统(森林,草地)的碳水循环过程。并能准确反映环境因素的季节变化对碳流的影响。具有较好的普适性。   5)模型参数敏感性分析显示,当参数变化不同范围时,碳循环模拟结果对各个参数的敏感度大小略有变化,但其敏感性基本一致。将全年区分为生长季和非生长季时得到的碳循环各变量对模型参数的敏感性与全年不尽相同。其中年NEP对25℃时的最大RuBP羧化速率(Vm25),比叶面积(SLA),最大叶N含量(LNm),平均叶氮含量(LN)和生物量与碳的转换率(C/B)最敏感。不同碳循环过程变量对敏感参数变化的响应也不尽相同。   6)模拟结果的不确定性分析显示,参数取值范围的确定,是影响模拟结果准确性的主要因素之一。其次,存在不同参数组合得到相同模拟结果的现象,说明模拟结果不仅受单个参数取值影响,也与参数的组合密切相关。各个极敏感参数对模型结果不确定性的误差贡献率也各不相同。在极敏感参数中,以植物总的生长呼吸系数对碳吸收能力和呼吸模拟结果不确定性的相对误差贡献率最大,其它参数次之。  
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