通用陆面模式中常绿阔叶植被参数化方案的研制与改进

The land surface model is a scientific tool for quantitatively simulating and studying the basic processes such as physical, chemical, ecological and human activities on the land surface and is a key component of the Climate / Earth System Model. The vegetation parameterization scheme largely determines the simulation accuracy of the land surface model, however, it still contains large uncertainty in terms of simulating evergreen broadleaf forests in the tropical/subtropical regions. This project aims to develop a new version of the Common Land Model that is suitable for simulating the ecosystem processes of evergreen broadleaf forests. The main research contents include: studying the relationship between the vegetation process and environmental factors based on field observation experiments, improving the empirical formula and simulation methods based on self-developed vegetation parameterization scheme, and describing the vegetation ecosystem process in details; coupling the developed parameterization scheme of evergreen broadleaf vegetation with Chinese Common Land Model; and carrying out simulation and prediction of evergreen broadleaf vegetation dynamics under climate change scenarios at the regional scale. The project could improve the simulation accuracy of the Chinese Common Land Model, enhance the understanding of scientific issues such as the impact and extent of climate change on terrestrial ecosystems in key regions, and provide basic tools and datasets for studying the interaction and feedback between climate change and ecosystems.

陆面过程模式是定量模拟和研究陆地表面物理、化学、生态、人类活动等基本过程的科学工具，是气候/地球系统模式的重要组成部分。植被参数化方案很大程度上决定着陆面过程模式的模拟精度，而现阶段在热带/亚热带地区常绿阔叶植被过程的模拟仍然存在有较大的不确定性。本项目的总体目标是研制适用于常绿阔叶生态系统模拟的通用陆面模式新版本，主要研究内容包括：基于自主研制的植被参数化方案，从野外观测实验出发，研究植被过程与环境因子间的关系，改进经验性公式与模拟方法，精细刻画植被生态系统过程；耦合常绿阔叶植被参数化方案与中国通用陆面模式；开展气候变化情景下区域尺度常绿阔叶植被过程的动态模拟与预测。项目将能够提高通用陆面模式在关键区域内的模拟精度，加强气候变化对关键区域内陆地生态环境影响及其程度等科学问题的理解，为研究气候变化与生态系统相互作用和反馈提供基本工具和数据集。

植被参数化方案是理解和研究外界环境因子对植被生理生态过程的影响和植被对环境的反馈机制的关键手段，是陆面过程模式中陆-气交换过程模拟的重要内容。在热带/亚热带地区,常绿阔叶植被参数化方案的模拟是植被生理生态过程研究的难点问题，本项目研制了适用于常绿阔叶生态系统模拟的通用陆面模式新版本，主要研究内容包括：发展利用气候变量模拟阔叶林植被季节叶片动态的稳态近似方法，研究环境要素对生态系统过程的作用，研发和改进反映植被自适应环境变化的物候和根茎叶的物质分配模式，该方法在模拟冠层叶面积指数和总初级生产力方面表现良好，很好地捕捉到植被叶面积指数和物候的时空变化；开展多生态群落植被物候的模拟方法的比较研究，研发新的多生态群落植被物候模式，该模式能够在全球范围内捕获卫星产品反演的叶面积指数的空间格局和年内年际变化，能够准确地模拟1982-2016年年均叶面积指数的空间分布及趋势变化；开展不同遥感物候反演模型的综合比较研究，研发了一套1982-2015全球长时间序列高分辨率地表物候数据集；研究植被对局地环境的反馈和影响，协同陆面能量平衡、陆面水文过程等物理过程模式研发，以表征植被自身变化对环境的反馈作用。本项目提高了陆面过程模式对植被关键生理生态过程的模拟，加强了外界环境对关键区域内陆地生态系统过程作用及其程度的理解，为研究陆地生态系统与气候变换相互作用和响应提供基本工具和数据集。