改进分层植被辐射传输和光合作用模型及与陆面过程模式的耦合研究

Radiative transfer in plant canopies determines surface energy partitioning and the radiation absorved by leaves is one of the important fators affecting photosynthesis. While plant photosynthesis and respiration control the net CO2 exchange of plants and can affects the global atmospheric carbon cycle bugets. So it is improtant to correctly describe the radiative transfer and photynthesis processes in vegetation canopies, and improve representation of them in the third generation land surface models. The main objectives of this project are: To simplify and improve a layered plant radiative transfer model and a layered two-leaf photosynthesis model for suitable use in land surface models; To couple these two models to an Atmosphere-Vegetation Interaction Model (AVIM) and adopt realistic parameterizations for AVIM. Using observation data and the new AVIM model to further study and understand processes that govern land-climate interactions and carbon cycle.

陆面过程中植被冠层辐射传输过程决定地表能量，其吸收的能量是控制光合作用的重要因子之一；而植被的光合作用和呼吸作用控制净CO2交换，从而直接影响全球碳循环收支。因此研究植被内辐射传输和光合作用过程是研究碳循环的关键。对这些过程的精确刻画，改进和发展合理简化的参数化方案，也是发展第三代陆面过程生化模式的需要。为了加强对陆面过程中植被内能量和生化过程的认识、了解和模拟，本项目提出改进和发展最新的森林植被内分层分两叶冠层辐射传输和光合作用模型，将其耦合到我国自主研发的陆面过程模式AVIM中，并集成全面的卫星遥感资料、常规通量资料和植被观测资料，进一步对辐射传输和光合作用模型进行验证，并研究不同辐射传输和光合作用参数在陆面过程中的敏感性，以完善和提高AVIM模式在气候和生态系统碳循环研究中的模拟和预报能力，以及为发展我国地球气候系统模式和其中的陆面分量模式提供科学依据。

准确测量和模拟冠层内辐射传输和光合作用，对于模拟植被下垫面的陆面过程碳循环有着非常重要的作用。本项目通过观测资料，完善和改进冠层分层的植被辐射传输和光合作用模型，并耦合到陆面过程模式中。通过资料分析、数值试验和理论分析，研究冠层辐射和光合作用的机理，对比冠层分层辐射模式、四流模式，冠层分层光合作用模式，两大叶模式等，发展适合陆面过程的简化分层辐射传输和光合作用参数化方案；并研究此方案耦合到AVIM陆面模式中，分析评估耦合模式对森林和农田等植被下垫面能量、水汽和碳通量的模拟效果。在本项目基础上可以利用耦合模式进一步对植被过程碳循环进行研究。