气溶胶光散射效应对全球陆地生态系统碳收支的影响

Natural and anthropogenic aerosols have a very complex impact on terrestrial ecosystem carbon cycle. Many recent studies show that neglecting diffuse radiation would lead to great uncertainty in estimating terrestrial ecosystem carbon flux. However, few attempts have been made to study the impact of aerosol light scattering effect on terrestrial ecosystem carbon flux at global scale. Several studies, confined by the quality of optical properties on aerosols and cloud used and methodologies adopted, still show questionable results. This study attempts to investigate the impact of aerosol light scattering effect on global terrestrial ecosystem carbon flux, and to explore the response of terrestrial ecosystem productivity and carbon budget to anthropogenic aerosols in China, by using a modeling framework. It will include a synergy of ground observations, satellite retrievals and model simulation of aerosol optical properties, radiative transfer calculations of diffuse radiation and BEPS ecosystem process model simulations. The findings of this study will provide guidance and insight for a better estimate of terrestrial ecosystem carbon flux, the evaluation of the impact of human activities on the productivity of terrestrial ecosystem and the policy making on emission reduction strategy.

自然过程以及人类活动产生的气溶胶对陆地生态系统碳循环具有非常复杂的影响。近年来，许多研究表明，忽略气溶胶光散射效应会给陆地生态系统碳收支的估算带来较大的偏差。然而目前国内外在区域和全球尺度上研究气溶胶光散射效应对陆地生态系统碳收支影响的工作还比较缺乏，已有的少数研究受所使用数据和研究方法的限制，结果还有很大的不确定性。本研究将综合利用地面观测、卫星遥感及大气化学传输模型模拟生成的气溶胶光学信息，结合大气辐射传输模型计算到达地表的太阳辐射通量，驱动BEPS生态系统模型，研究气溶胶光散射作用对全球陆地生态系统碳收支的影响特征；阐明中国地区陆地生态系统碳收支对人为源气溶胶导致的散射辐射变化的时空响应关系。研究结果将为提高陆地生态系统碳收支的估算精度、评估人类活动对生态系统的影响提供理论和科学支持。

本项目研究气溶胶导致的散射辐射的变化对陆地生态系统碳收支的影响。首先利用卫星遥感数据计算了2001-2014年到达地表的太阳辐射，尤其是光合有效辐射的直射和散射分量，发现全球陆地和中国地区的地表下行短波辐射自2010年来均呈上升趋势，而各自的散射分量开始下降；全球陆地和中国地区平均光合有效辐射自2006年来开始上升，各自的散射部分下降趋势明显。利用得到的到达地表的太阳辐射信息驱动BEPS模型研究了气溶胶散射辐射变化对全球陆地生态系统碳收支的影响，结果表明气溶胶导致的散射辐射总体上增强碳吸收，但在区域尺度上云所导致的散射辐射可能会决定气溶胶的影响程度。 研究了中国地区人为源气溶胶对陆地生态系统碳收支的影响，发现人为源气溶胶对不同的地区的影响差异明显。研究成果将为提高陆地生态系统碳收支估算精度和评估减排政策的影响等方面相关研究提供有益的借鉴和参考。