CLM5在中国西南地区植被生长模拟的适用性分析

在全球变暖的背景下,西南地区整体上气温升高降水减少,作为中国重要的碳汇地区,西南地区的植被动态监测与模拟对深入了解其碳循环机制和促进经济可持续发展具有重要意义。本研究利用陆面过程模式(Community Land Model version5, CLM5),模拟和分析西南地区2000-2016年叶面积指数LAI(Leaf Area Index, LAI)和总初级生产力GPP(Gross Primary Productivity, GPP)的时空变化特征,并与多套遥感数据进行对比,评估CLM5在西南地区对LAI和GPP模拟的适用性。研究结果表明,CLM5能较好地模拟西南地区LAI和GPP的季节变化规律,但模拟存在对LAI生长季的高估,以及对GPP全年低估,对温带落叶阔叶灌木的LAI、高寒C3草甸的LAI、 GPP和C3草甸的GPP模拟效果较好。CLM5能够较好地刻画西南地区LAI和GPP空间分布格局,表现为由东南向西北递减,但整体上CLM5对西南地区LAI模拟偏高,特别是对贵州喀斯特地貌地区LAI的模拟偏高。与模型对LAI模拟高估相反,CLM5对西南地区GPP的模拟整体偏低,特别是云南地区。此外,CLM5对西南地区LAI和GPP的变化趋势模拟效果较差,特别是在云南大部分地区,遥感数据主要呈现上升趋势,而CLM5模拟呈现下降趋势。整体上,CLM5能模拟出西南地区LAI和GPP的季节变化规律和空间分布,但对云南和贵州部分地区的变化趋势模拟较差,仍需要针对四川盆地农田、云南森林、和贵州喀斯特地区植被发展更深入的参数化方案来提升模拟效果。

WRF-Lake模式不同参数化方案对纳木错湖区夏季大气边界层模拟的影响

采用改进湖泊动力参数模块的WRF-Lake模式(WRF4.4.1),选取6种微物理方案、5种积云对流方案、2种边界层方案,共60种参数化方案组合对纳木错湖区2008年7月5-13日天气进行模拟,通过敏感性试验对比分析不同参数化方案组合对大气边界层内变量的模拟效果,利用“排名方法”对不同参数化方案在纳木错湖区夏季大气边界层的模拟能力进行综合评估。结果表明,模式能较好捕捉纳木错夏季平均2 m温度的总体时空分布特征,但湖上2 m温度模拟值偏高;受积云对流参数化方案和模式性能影响,各试验组对降水的模拟效果差异化显著并对日降水量存在不同程度的高估;模式对纳木错测站潜热通量日平均变化模拟性能最好,感热和风向较好,风速最差。整体而言,综合分析各试验组对纳木错湖夏季大气边界层的模拟能力发现,方案58(SBU-Tiedtke-MYNN3)对纳木错湖夏季2 m温度、日降水量、10 m风场及地表热通量的模拟效果最好。2 m温度RMSE值为2.38℃,日降水量RMSE值为10.48 mm,10 m风速日平均变化的相关系数为-0.41,标准差之比为0.94,10 m风向日平均变化的相关系数为0.59,标准差之比为0.73,感热通量日平均变化的相关系数为0.94,标准差之比为1.89,潜热通量日平均变化的相关系数为0.89,标准差之比为0.91。因此,建议使用以上次网格参数化方案进行纳木错湖区夏季大气边界层模拟。

秦巴山地NPP及对气候变化响应的多维地带性与暖温带-亚热带界线

秦巴山地位于我国的南北过渡带,对我国生态地理格局产生重要影响。为了探索秦巴山地植被净第一性生产力(NPP,Net Primary Productivity)的时空格局及其气候响应的多样性和复杂性,为我国暖温带-亚热带界线的具体分布提供新的佐证,基于2000—2015年的MOD17A3的地表植被NPP数据和秦巴山地93个气象站点数据,从经度、纬度、海拔、坡向多个维度研究了秦巴山地地表植被NPP的分布及与气候因子的关系。结果表明:从2000—2015年,(1)秦巴山地中低山地区,自北向南随纬度降低,地表植被多年平均NPP呈现增加的趋势,体现了纬度地带性;年均NPP与温度的关系由负相关变为正相关,转折点出现在汉江;与降水的相关性减弱。(2)自西向东多年平均NPP值先增加后减少,秦岭一线地表植被年均NPP与温度由正相关变为负相关,与降水主要呈正相关,相关性先增加后减少。(3)随高度的增加,秦巴山地多年NPP值及增长率均呈现先增加后减少的趋势。(4)秦岭和大巴山多年平均NPP均呈现增加趋势,但是秦岭增长较大巴山更明显;2000m以下,秦岭南坡增长率明显高于北坡,大巴山北坡增长率明显高于南坡;2000—3000m,秦岭南北坡差异较小,但是大巴山差异明显;中山地区(1000—2500m),秦岭年均NPP与气温呈负相关,而大巴山则呈现正相关或弱相关;秦岭地区年均NPP与降水的相关性整体强于大巴山地区。这就意味着全球变暖、气温升高对秦岭植被尤其是中低山地区的植被产生不利影响,但是对大巴山则有利,而前者植被生长主要与降水增加有关。这也说明了基于汉江为界的秦岭和大巴山无论是地表植被NPP的均值还是其南北坡差异以及对气候因子的响应呈现了明显的差异,而汉江作为中山地区植被NPP与气温相关性由正相关性到负相关的转折点,与降水的关系由弱相关到正相关的转折点,更合适作为南北分界线。