考虑碳氮水过程的动态根系方案在陆面模式SSiB4中的应用及效果评估

根系是植被重要组成部分,根系的动态变化可以通过调节根系吸水量改变土壤湿度,进而影响土壤蒸发等物理过程及植被蒸腾、光合作用等生化过程,最终改变生态系统物质循环和水热循环。本研究考虑土壤水分胁迫及土壤养分(氮)胁迫,模拟根系碳量在不同土壤层中的动态分配过程,用根系碳量比例表征根系的动态变化。基于SSiB4模式在亚马逊地区BRSa3站点、中国江西千烟洲CN-Qia站点进行单点模拟试验,研究动态根系方案对土壤湿度及陆气通量模拟结果的影响。结果表明:根系动态分布使更多深层土壤水分被吸收利用,改善了浅层土壤湿度的模拟效果,进而提高二氧化碳通量、感热及潜热通量的模拟精度。其中,BRSa3站点和CN-Qia站点浅层土壤湿度日平均的观测值与模拟值的相关系数分别提高了0.02和0.04,二氧化碳通量的相关系数分别提高了0.76和0.13,均通过99%显著性水平检验;改进了BRSa3站点干旱季和CN-Qia站点夏季碳吸收能力,二氧化碳通量的绝对偏差的改进幅度分别为33%和106%,二氧化碳通量日平均的观测值与模拟值的相关系数,分别提高了0.17和0.26,均通过99%显著性水平检验。总体而言,模拟时间段内各变量都更接近观测值,土壤湿度和二氧化碳通量的改进效果比感热通量和潜热通量的改进效果更加显著,土壤湿度通过土壤物理作用对感热通量和潜热通量的间接影响方式可能是造成差别的原因。各变量在BRSa3站点的改善更明显一些,不同植被覆盖类型的根系深度与结构可能是造成结果差别的主要原因。