基于全球碳同化系统的陆地生态系统呼吸作用温度敏感性研究

The intrinsic temperature sensitivity (Q10) of terrestrial ecosystem respiration, significantly influencing the strength of ecosystem respiration, is a key parameter in the Global Terrestrial Ecosystem Model and Earth System model. However, under the limitation of research approaches, low spatial representative, and many assumptions, the values of Q10 derived by previous studies can not be directly applied to global models. Therefore, how to derive the intrinsic Q10 on the global model grids is still a challenge. Combining the ground-based CO2 and satellite-based sun-induced fluorescence observations, this project attempts to estimate the intrinsic Q10 on the model-grid scales with the separation of carbon fluxes of terrestrial photosynthesis and respiration under the global carbon assimilation system. We will generate multi-year intrinsic Q10 datasets, and illustrate its temporal and spatial characteristics. Further, we will quantitatively show the importance of the temporal and spatial change of intrinsic Q10 in simulating the global carbon sources and sinks. The successful implementation of this project will be an important guide for reasonably setting the Q10 parameter in the Global Terrestrial Ecosystem Model and Earth System model. It is vital to reduce the uncertainty in the amplitude of the future climate-carbon cycle feedback.

陆地生态系统呼吸作用内在Q10是全球陆地生态系统和地球系统模型中的重要参数，显著影响呼吸作用的强度。然而，由于研究手段、空间代表性以及大量人为假设的限制，以往研究所得Q10并不能很好地直接运用于全球模型，如何获得全球模型格点尺度上内在Q10的值仍是一个迫切需要解决的难点。本项目拟开展基于全球碳同化系统的陆地生态系统呼吸作用温度敏感性研究，联合同化地面站点观测的大气CO2浓度和卫星观测的日光诱导荧光（SIF）资料，建立陆地生态系统模型格点尺度上呼吸作用内在Q10参数的优化方法；生成多年全球内在Q10数据集，阐明内在Q10的时空变化特征；通过陆地生态系统模型敏感性试验，揭示具有时空变化的内在Q10对模拟陆地碳源汇时空格局的影响。本项目的顺利实施将为全球陆地生态系统和地球系统模型中Q10参数的合理设置提供重要的科学依据，对减小模拟未来碳循环与气候变化间反馈强度的不确定性具有重要的科学意义。

陆地生态系统呼吸作用内在Q10是全球陆地生态系统和地球系统模型中的重要参数，显著影响呼吸作用的强度，如何获得全球模型格点尺度上内在Q10的值仍是一个迫切需要解决的难点。本项目在全球碳同化系统GCAS框架下，成功实现了基于卫星观测SIF与大气CO2浓度资料，分步构建优化光合和呼吸关键参数的同化模块，生成优化的多年Vcmax和内在Q10数据集，评估表明与文献数据具有很好的一致性；揭示了优化的Vcmax和内在Q10存在明显的空间差异性，优化的Q10在低纬度地区较小，中高纬度较大；在季节循环上，全球平均Q10在冬春季较大，而在夏季最小；在年际变化上，Q10与年平均温度呈显著反相关关系。进一步，结合优化的Vcmax和Q10等参数，陆地生态系统模型模拟研究了2019年正位相印度洋偶极子对周边陆地碳循环的影响，指出该事件会导致中非、西非、东非和印度地区GPP在2019年秋季异常增强，而在东亚、中南半岛、印度尼西亚和澳大利亚地区异常减小。同时结合大气传输模型，揭示了碳卫星OCO-2对印度洋偶极子引起的澳大利亚东部大火释放的CO2具有一定的监测能力。本项目的顺利实施为全球陆地生态系统模型中Vcmax和Q10参数的合理设置提供了重要的科学依据，对减小模拟陆地碳循环不确定性具有重要的科学意义。