陆面模式中高计算效率叶绿素荧光模型的发展研究

Plant photosynthesis is an important process in the land surface model, the simulation of photosynthesis has a profound impact on the calculation of latent heat flux and water exchange between the land surface and atmosphere. Several studies have shown that satellite retrievals of solar-induced chlorophyll fluorescence provide useful information on terrestrial photosynthesis and it’s closely related to gross primary production (GPP). The satellite retrievals provide an opportunity to understand plant photosynthesis and evaluate the simulation of the carbon cycle in the land surface model. In order to simulate the spatial and temporal variation of chlorophyll fluorescence, a high efficient fluorescence model is coupled to the land surface model in this project. A new approach, extended Fourier amplitude sensitivity test (EFAST), will be introduced to analyze the sensitivity of a group of model parameters and identify the key land surface parameters accordingly. The retrievals of chlorophyll fluorescence products are used to carry out the optimization of the key parameters, then to improve the performance of simulating fluorescence and GPP in the model. The achievements of the project will be of scientific significance and practical values for better carbon cycle simulation using fluorescence remote sensing data in land surface models.

植被的光合作用过程是陆面过程模式中重要的组成部分，直接影响到模式潜热的计算以及地表和大气之间的水分交换。研究表明卫星反演的叶绿素荧光能直接反映植物实际光合作用的变化，与植被总初级生产力（GPP）显著相关，为研究植被的光合作用过程以及评估陆面模式对于碳循环的模拟能力提供有利的条件。本项目将一种高计算效率的叶绿素荧光模型耦合到陆面过程模式中，使陆面模式具有叶绿素荧光时空变化特征的模拟能力，同时利用叶绿素荧光卫星资料，结合拓展傅里叶幅度敏感性检验方法，甄别陆面过程模式中叶绿素荧光模拟的关键参数，并利用卫星数据来优化这些关键参数，提高模式对于叶绿素荧光和GPP的模拟能力。本研究对更好利用叶绿素荧光数据提高陆面模式的碳循环模拟能力具有重要的科学意义和应用价值。

植被的光合作用过程是陆面过程模式中重要的组成部分，叶绿素荧光能直接反映植物实际光合作用的变化，与植被总初级生产力显著相关，为研究植被的光合作用过程以及评估陆面模式对于碳循环的模拟能力提供有利的条件。以陆面过程模式为基础，建立了适用于不同生态系统类型的荧光多次散射模拟方法，发展了综合考虑发射、吸收和散射过程的冠层荧光计算方案，建立具有较高计算效率的叶绿素荧光模型。将发展的高计算效率叶绿素荧光模型耦合到陆面过程模式中，并进一步利用观测数据评估荧光的模拟效果。结果表明，模型可以较好地模拟叶绿素荧光的时空变化特征。利用全球范围内高精度的叶绿素荧光和土壤湿度遥感数据，结合陆面过程模式研究了陆地碳循环和水循环之间的耦合关系。通过优化陆面模式中土壤湿度模拟的关键参数，最终显著提高模式对于叶绿素荧光和植被生产力的模拟能力。研究表明全球叶绿素荧光和土壤湿度的遥感产品对于提高陆地碳水耦合过程的理解具有重要价值。