陆面模式中根系吸水过程的发展及其对中亚干旱区荒漠生态系统碳过程的影响

The Central Asia region is covered by vast desert ecosystems. Discussing the carbon cycle in desert ecosystems over Central Asia is significant to understand the response of global change in arid areas. Carbon cycle and water cycle are two mutual coupling ecology processes, and it is important to accurately simulate the root water uptake process of drought plant for carbon cycle in Central Asia desert ecosystems. However, the application of Land Surface Models were far more limited in arid areas, especially to root water uptake research. Therefore, this research intends to incorporate root functioning (including root depth, root distribution, root dynamic and root water uptake functions) into Land Surface Models, discuss the impact of the special physiological and ecological processes to desert plant in Central Asia desert ecosystems for carbon flux simulation, which were expected to significantly improve the performance of Land Surface Models in applying to dryland ecosystems. Furthermore, using the Princeton meteorological data to simulate the temporal and spatial variation of the carbon cycle in Central Asia regions over the past five decades. Finally, analyze the impact of climate change on the carbon flux in Central Asia arid areas. This project will develop and enrich the research of applying Land Surface Model in arid areas, and improve our understanding to carbon cycle in arid areas.

荒漠生态系统在中亚区域分布较广，开展中亚干旱区荒漠生态系统碳过程的研究对于深刻理解和科学认识干旱区对全球变化的响应有着非常重要的科学意义。碳、水循环是两个相互耦合的生态学过程，精确模拟干旱植被根系吸水过程对正确描述中亚干旱区荒漠生态系统碳过程尤为重要。然而，目前陆面模式在干旱区的应用尚严重缺乏，其对干旱区地下生态过程，尤其是地下根系吸水过程的研究非常薄弱。本项目拟将干旱区植被特殊的根系功能机制（根深、根系垂直分布、根系动态和根系吸水模型等）融合到陆面模式中，探索干旱区荒漠生态系统植被特殊的生理生态过程对碳过程模拟的影响，提高陆面模式在干旱区的应用性能。在此基础上，利用Princeton气象数据集模拟中亚干旱区近五十年的碳通量时空变化，进一步分析气候变化各因子对中亚干旱区碳源/汇的影响。本项目对深化和发展陆面模式在干旱区的应用研究、提高对干旱区碳过程的认识具有重要意义。

荒漠草地生态系统在全球分布较广，开展干旱区荒漠草地生态系统碳、水循环过程的研究对于深刻理解和科学认识干旱区对全球变化的响应有着非常重要的科学意义。碳、水循环是两个相互耦合的生态学过程，精确模拟干旱植被根系吸水过程对正确描述干旱区荒漠草地生态系统碳过程尤为重要。然而，目前陆面模式在干旱区的应用尚严重缺乏，其对干旱区地下生态过程，尤其是地下根系吸水过程的研究非常薄弱。本研究基于多年连续站点观测数据，完善、修订陆面模式参数，探索干旱区荒漠草地生态系统植被特殊的生理生态过程对水、碳通量等陆面过程过程模拟的影响，提高陆面模式在干旱区的应用性能。在此基础上，利用Princeton气象数据集模拟中亚干旱区水、碳通量特征。.本研究以干旱荒漠草地生态系统为研究对象，以陆面模式CoLM为主要研究手段，主要做了以下几方面的工作：首先基于野外观测数据、收集资料及遥感数据等构建了CoLM陆面模式参数化及模型验证数据集，并基于遥感影像及实地观测数据分析了荒漠草地生态系统土壤及植被特征，重点分析了新疆荒漠草地地表反照率的时空变化特征；其次，应用陆面模式对干旱区荒漠草地生态系统陆面过程开展了数值模拟，改进根系吸水模块，探索干旱植被地下过程对荒漠草地陆面过程模拟的影响，检验了其在干旱-半干旱区荒漠草地的适应性，并开展了关键参数的敏感性分析；再次，在站点尺度连续观测并分析了荒漠草地生态系统土壤呼吸特征及其影响因素；分析了新疆干旱区荒漠草地及主要气象因子时空变化特征，及新疆荒漠草地对气候变化的响应；最后，基于站点验证结果改进模型参数，模拟估算中亚干旱区水、碳通量。本研究对深化和发展陆面模式在干旱区的应用研究、提高对干旱区水、碳过程的认识具有重要意义。