动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被(Dynamic Vegetation,DV)和碳氮(Carbon and Nitrogen,CN)模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原(以下简称高原...动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被(Dynamic Vegetation,DV)和碳氮(Carbon and Nitrogen,CN)模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原(以下简称高原)植被的模拟性能进行了评估,获得了定量化的偏差信息,并对高原植被和气候变化因子的关系进行了初步探讨。结果表明:模型能大致再现叶面积指数(Leaf area index,LAI)在历史时期的季节循环、长期变化趋势和空间分布,但空间变率较遥感资料大。模拟的乔木覆盖度偏大,草地覆盖度偏小,因此严重高估了植被高原南部和东部的LAI。与遥感观测相比,模拟的LAI呈现了1~2个月的滞后,这与模式本身的植被动力机制不完善和模式的降水驱动偏差有关。高原植被变化趋势的时空分布与表层土壤水和降水等气象因子的趋势变化显示出较好的一致性,表明在该研究时段,地表水循环的变化(主要是降水和土壤水含量)对高原植被生长可能起主导作用。展开更多
全球动态植被模型(CLM3.5-DGVM)是美国国家大气研究中心(NCAR)开发的陆面模式CLM3.5(CommunityLand Model Version3.5)的陆地碳循环子模块,模型本身根据当地的温度和降水等环境条件计算得出植被分布。本研究参照陆地-碳模式比较计划(C-L...全球动态植被模型(CLM3.5-DGVM)是美国国家大气研究中心(NCAR)开发的陆面模式CLM3.5(CommunityLand Model Version3.5)的陆地碳循环子模块,模型本身根据当地的温度和降水等环境条件计算得出植被分布。本研究参照陆地-碳模式比较计划(C-LAMP)的模拟方案和评价标准,对CLM3.5-DGVM中的碳循环过程进行了模拟与检验。结果表明,CLM3.5-DGVM高估了陆地生态系统的叶面积指数(LAI)和净初级生产力(NPP),且在中高纬地区尤为明显;其模拟的LAI最大值与观测值相比在全球尺度上有1～6个月不等的位相偏差。CLM3.5-DGVM很好的模拟了NPP的全球分布以及总初级生产力(GPP)和感热通量(SH)的季节变化,但在北半球中高纬度地区对NPP模拟过高;对陆地碳通量的年际变率模拟较好,但高估了其振幅。展开更多
动态全球植被模型(dynamic global vegetation models,DGVMs)在模拟和预测陆地生态系统对气候变化响应中表现出很大的不确定性,重要原因之一在于动态全球植被模型将定义植物功能型的性状值设置为常数,忽略了植物功能性状对环境变化的响...动态全球植被模型(dynamic global vegetation models,DGVMs)在模拟和预测陆地生态系统对气候变化响应中表现出很大的不确定性,重要原因之一在于动态全球植被模型将定义植物功能型的性状值设置为常数,忽略了植物功能性状对环境变化的响应.动态全球植被模型现有的植物功能型框架已经严重地阻碍了其发展,因此迫切需要一种新的方法来克服这种局限性.植物功能性状不仅可以反映植物对环境连续变化的响应,而且与生态系统的结构和功能密切相关,可提升当前动态全球植被模型对生态系统过程的模拟和功能的预测.本文从动态全球植被模型发展和植物功能型局限性入手,详细介绍了植物功能性状发展现状及其对动态全球植被模型改进的重要价值,归纳总结了植物功能性状对动态全球植被模型改进的主要方法,并指明植物功能性状对动态全球植被模型改进的发展方向.以期通过凝练植物功能性状在构建下一代动态全球植被模型中发挥作用,推动动态全球植被模型在我国的发展和应用.展开更多
植被碳储量对生态系统碳平衡具有重要调节作用,对植被碳储量进行模拟并分析其对气候变化的响应是全球陆地生态系统碳循环和气候变化研究的重要内容。基于全球植被动态模型模拟的全球植被碳储量,分析植被碳储量在1901年-2000年间的时空...植被碳储量对生态系统碳平衡具有重要调节作用,对植被碳储量进行模拟并分析其对气候变化的响应是全球陆地生态系统碳循环和气候变化研究的重要内容。基于全球植被动态模型模拟的全球植被碳储量,分析植被碳储量在1901年-2000年间的时空变化趋势,及其与气温和降水的时空关系。将LPJ-DGVM(Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model)模型对植被碳储量的模拟结果与国际上被广泛接受的其他研究结果进行了对比后得出,该模型对植被碳储量具有较好的模拟能力。对植被碳储量的模拟结果表明:全球过去100年的植被碳储量在整体上呈增加趋势,增加率为0.0016kgC/(m2a),通过分段线性回归方法得出植被碳储量时间变化趋势存在显著的转折点,20世纪50年代初以前,植被碳储量具有下降趋势,线性斜率为-0.0014kgC/(m2a),之后植被碳储量呈现显著的增加趋势,增加率为0.0055kgC/(m2a),是整体增加率的3倍多,因此整体增加率显著低估了近半个世纪以来植被碳储量的实际增加率。在空间栅格尺度上的分析表明,植被碳储量对气候变化的响应具有很大的区域差异,在不同地区,温度和降水的变化对植被碳储量的变化趋势贡献不同,并与各地区植物生长所受的环境条件约束的状况有关。研究结论进一步说明LPJ能够较好的模拟植物生长与气候之间的相关关系、揭示植被碳储量变化规律和特征,另外为了更好地研究气候变化对植被碳储量的影响,下一步需要对LPJ进行改进,增强其对人类活动如土地利用变化和农业灌溉行为等的模拟能力。展开更多
Remotely sensing images are now available for monitoring vegetation dynamics over large areas.In this paper,an improved logistic model that combines double logistic model and global function was developed.Using this m...Remotely sensing images are now available for monitoring vegetation dynamics over large areas.In this paper,an improved logistic model that combines double logistic model and global function was developed.Using this model with SPOT/NDVI data,three key vegetation phenology metrics,the start of growing season (SOS),the end of growing season (EOS) and the length of growing season (LOS),were extracted and mapped in the Changbai Mountains,and the relationship between the key phenology metrics and elevation were established.Results show that average SOS of forest,cropland and grassland in the Changbai Mountains are on the 119th,145th,and 133rd day of year,respectively.The EOS of forest and grassland are similar,with the average on the 280th and 278th,respectively.In comparison,average EOS of the cropland is relatively earlier.The LOS of forest is mainly from the 160th to 180th,that of the grassland extends from the 140th to the 160th,and that of cropland stretches from the 110th to the 130th.As the latitude increases for the same land cover in the study area,the SOS significantly delays and the EOS becomes earlier.The SOS delays approximately three days as the elevation increases 100 m in the areas with elevation higher than 900 m above sea level (a.s.l.).The EOS is slightly earlier as the elevation increases especially in the areas with elevation below 1200 m a.s.l.The LOS shortens approximately four days as the elevation increases 100 m in the areas with elevation higher than 900 m a.s.l.The relationships between vegetation phenology metrics and elevation may be greatly influenced by the land covers.Validation by comparing with the field data and previous research results indicates that the improved logistic model is reliable and effective for extracting vegetation phenology metrics.展开更多
文摘动态植被模型是研究植被变化对气候反馈和影响的重要模型工具。本文对耦合了动态植被(Dynamic Vegetation,DV)和碳氮(Carbon and Nitrogen,CN)模型的NCAR陆面过程模式CLM4.5(Community Land Model version 4.5)对青藏高原(以下简称高原)植被的模拟性能进行了评估,获得了定量化的偏差信息,并对高原植被和气候变化因子的关系进行了初步探讨。结果表明:模型能大致再现叶面积指数(Leaf area index,LAI)在历史时期的季节循环、长期变化趋势和空间分布,但空间变率较遥感资料大。模拟的乔木覆盖度偏大,草地覆盖度偏小,因此严重高估了植被高原南部和东部的LAI。与遥感观测相比,模拟的LAI呈现了1~2个月的滞后,这与模式本身的植被动力机制不完善和模式的降水驱动偏差有关。高原植被变化趋势的时空分布与表层土壤水和降水等气象因子的趋势变化显示出较好的一致性,表明在该研究时段,地表水循环的变化(主要是降水和土壤水含量)对高原植被生长可能起主导作用。
文摘植被动态冠层模型Interactive Canopy Model(ICM)考虑了生态系统中较完整的碳氮循环过程,能够较为客观真实地描述较短时间尺度上植被的动态变化特征。本文在ICM原有碳氮分配方案基础上,考虑了植物花、果实等新生组织对碳氮分配的影响,假设新生组织碳库是花期以后植物的主要碳汇之一,并利用物候模型Forc-Sar预测花期,调控碳氮分配过程;用卫星观测的LAI(Leaf Area Index)产品对模拟的北半球中高纬度地区植被的季节和年际变化过程进行了对比分析。结果表明,改进后的ICM能够更好地模拟北半球中高纬植被的季节变化过程。7月前后是模拟的植被生长最旺盛的时间,与实际情况更为一致,从而较好修正了原方案中模拟的植被生长落后于实际观测的问题;模拟与观测值的季节变化相关系数有了显著提高,各类型植被的模拟误差也都不同幅度减小。改进后模拟与观测的年际变化相关性也有了一定程度的提高,但年际变化趋势的改进效果稍弱。模拟的LAI变化改变了地表能量平衡和水汽收支状况,对于美国东部温带落叶阔叶林来说,植被吸收太阳辐射、叶面和地面的感热、潜热通量在植被生长前期的变化量最大,说明改进后的ICM将会引起模拟下垫面物理状况的改变。
文摘全球动态植被模型(CLM3.5-DGVM)是美国国家大气研究中心(NCAR)开发的陆面模式CLM3.5(CommunityLand Model Version3.5)的陆地碳循环子模块,模型本身根据当地的温度和降水等环境条件计算得出植被分布。本研究参照陆地-碳模式比较计划(C-LAMP)的模拟方案和评价标准,对CLM3.5-DGVM中的碳循环过程进行了模拟与检验。结果表明,CLM3.5-DGVM高估了陆地生态系统的叶面积指数(LAI)和净初级生产力(NPP),且在中高纬地区尤为明显;其模拟的LAI最大值与观测值相比在全球尺度上有1～6个月不等的位相偏差。CLM3.5-DGVM很好的模拟了NPP的全球分布以及总初级生产力(GPP)和感热通量(SH)的季节变化,但在北半球中高纬度地区对NPP模拟过高;对陆地碳通量的年际变率模拟较好,但高估了其振幅。
文摘动态全球植被模型(dynamic global vegetation models,DGVMs)在模拟和预测陆地生态系统对气候变化响应中表现出很大的不确定性,重要原因之一在于动态全球植被模型将定义植物功能型的性状值设置为常数,忽略了植物功能性状对环境变化的响应.动态全球植被模型现有的植物功能型框架已经严重地阻碍了其发展,因此迫切需要一种新的方法来克服这种局限性.植物功能性状不仅可以反映植物对环境连续变化的响应,而且与生态系统的结构和功能密切相关,可提升当前动态全球植被模型对生态系统过程的模拟和功能的预测.本文从动态全球植被模型发展和植物功能型局限性入手,详细介绍了植物功能性状发展现状及其对动态全球植被模型改进的重要价值,归纳总结了植物功能性状对动态全球植被模型改进的主要方法,并指明植物功能性状对动态全球植被模型改进的发展方向.以期通过凝练植物功能性状在构建下一代动态全球植被模型中发挥作用,推动动态全球植被模型在我国的发展和应用.
文摘植被碳储量对生态系统碳平衡具有重要调节作用,对植被碳储量进行模拟并分析其对气候变化的响应是全球陆地生态系统碳循环和气候变化研究的重要内容。基于全球植被动态模型模拟的全球植被碳储量,分析植被碳储量在1901年-2000年间的时空变化趋势,及其与气温和降水的时空关系。将LPJ-DGVM(Lund-Potsdam-Jena Dynamic Global Vegetation Model)模型对植被碳储量的模拟结果与国际上被广泛接受的其他研究结果进行了对比后得出,该模型对植被碳储量具有较好的模拟能力。对植被碳储量的模拟结果表明:全球过去100年的植被碳储量在整体上呈增加趋势,增加率为0.0016kgC/(m2a),通过分段线性回归方法得出植被碳储量时间变化趋势存在显著的转折点,20世纪50年代初以前,植被碳储量具有下降趋势,线性斜率为-0.0014kgC/(m2a),之后植被碳储量呈现显著的增加趋势,增加率为0.0055kgC/(m2a),是整体增加率的3倍多,因此整体增加率显著低估了近半个世纪以来植被碳储量的实际增加率。在空间栅格尺度上的分析表明,植被碳储量对气候变化的响应具有很大的区域差异,在不同地区,温度和降水的变化对植被碳储量的变化趋势贡献不同,并与各地区植物生长所受的环境条件约束的状况有关。研究结论进一步说明LPJ能够较好的模拟植物生长与气候之间的相关关系、揭示植被碳储量变化规律和特征,另外为了更好地研究气候变化对植被碳储量的影响,下一步需要对LPJ进行改进,增强其对人类活动如土地利用变化和农业灌溉行为等的模拟能力。
基金Under the auspices of Major State Basic Research Development Program of China (No.2009CB426305)Cultivation Foundation of Science and Technology Innovation Platform of Northeast Normal University (No.106111065202)
文摘Remotely sensing images are now available for monitoring vegetation dynamics over large areas.In this paper,an improved logistic model that combines double logistic model and global function was developed.Using this model with SPOT/NDVI data,three key vegetation phenology metrics,the start of growing season (SOS),the end of growing season (EOS) and the length of growing season (LOS),were extracted and mapped in the Changbai Mountains,and the relationship between the key phenology metrics and elevation were established.Results show that average SOS of forest,cropland and grassland in the Changbai Mountains are on the 119th,145th,and 133rd day of year,respectively.The EOS of forest and grassland are similar,with the average on the 280th and 278th,respectively.In comparison,average EOS of the cropland is relatively earlier.The LOS of forest is mainly from the 160th to 180th,that of the grassland extends from the 140th to the 160th,and that of cropland stretches from the 110th to the 130th.As the latitude increases for the same land cover in the study area,the SOS significantly delays and the EOS becomes earlier.The SOS delays approximately three days as the elevation increases 100 m in the areas with elevation higher than 900 m above sea level (a.s.l.).The EOS is slightly earlier as the elevation increases especially in the areas with elevation below 1200 m a.s.l.The LOS shortens approximately four days as the elevation increases 100 m in the areas with elevation higher than 900 m a.s.l.The relationships between vegetation phenology metrics and elevation may be greatly influenced by the land covers.Validation by comparing with the field data and previous research results indicates that the improved logistic model is reliable and effective for extracting vegetation phenology metrics.
