基于模型数据融合的长白山阔叶红松林碳循环模拟

作     者：张黎 于贵瑞 LUO Yiqi 何洪林 张雷明 ZHANG Li;YU Gui-Rui;LUO Yi-qi;HE Hong-Lin;ZHANG Lei-Ming

作者机构：中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院研究生院北京100049 University of Oklahoma Norman OK 73019 USA 

出 版 物：《植物生态学报》 (Chinese Journal of Plant Ecology)

年 卷 期：2009年第33卷第6期

页      面：1044-1055页

核心收录：

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

基　　金：国家自然科学基金重大项目(30590381) 中国科学院创新团队国际合作伙伴计划(CXTD-Z2005-1) 中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-432) 国家自然科学基金重大国际合作A3前瞻计划(30721140307) 

主　　题：贝叶斯估计 不确定性 马尔可夫链-蒙特卡罗方法 模型数据融合 碳滞留时间 

摘      要：充分、有效地利用各种陆地生态系统碳观测数据改善陆地生态系统模型,是当前我国陆地生态系统碳循环研究领域亟待解决的重要问题之一。该研究以2003～2005年长白山阔叶红松林的6组生物计量观测数据和涡度相关技术测定的碳通量数据为基础,利用马尔可夫链-蒙特卡罗方法对陆地生态系统模型的关键参数(即碳滞留时间)进行了反演,进而预测了长白山阔叶红松林生态系统碳库、碳通量及其不确定性。反演结果表明,长白山阔叶红松林叶凋落物和微生物碳的平均滞留时间最短,为2～6个月;其次是叶和细根生物量碳,二者的平均滞留时间为1～2a;慢性土壤有机碳的平均滞留时间为8～16a;碳在木质生物量和惰性土壤有机质库中的滞留时间最长,平均滞留时间分别为77～109a和409～1879a。模拟结果显示,碳库和累积碳通量模拟值的不确定性将随着模拟时间的延长而增大。当气温升高10%和20%时,长白山阔叶红松林总初级生产力年总量将分别增加6.5%和9.9%,净生态系统生产力(NEP)年总量的变化取决于土壤温度的变化。若土壤温度保持不变,NEP年总量将分别增加11.4%～21.9%和17.6%～33.1%;若土壤温度也相应升高10%和20%,NEP年总量的增幅反而下降甚至低于原来的水平。假设气候和植被保持在2003～2005年的状态,2020年长白山阔叶红松林NEP年总量为(163±12)gC.m–2.a–1,土壤呼吸年总量为(721±14)gC.m–2.a–1。马尔可夫链-蒙特卡罗方法是反演模型参数、优化模拟结果和评估模拟结果不确定性的有效方法,但今后仍需在惰性土壤碳滞留时间的估计、驱动数据和模型结构的不确定性分析、模型数据融合方法方面进行深入研究,以进一步提高碳循环模拟的准确性。