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“十三五”优秀成果展示——全球植被动力学模式IAP-DGVM的研发与应用

发布者:   来源:   发布时间:2024/2/28 0:00:00   标签:   浏览次数:295

成果评价编号: 中气科成评[2022]188
评价结果: 良好
成果名称: 全球植被动力学模式IAP-DGVM的研发与应用
完成单位: 中国科学院大气物理研究所
成果形式: 基础研究类-新原理
研究领域: 基础研究
评价年份: 2021
完成人: 曾晓东、李芳、宋翔、朱家文
成果简介: 全球植被动力学模式IAP-DGVM由中国科学院大气物理研究所自主研发。在科技部国家重点研发计划、基金委重点项目等支持下,针对全球植被动力学模式研发的关键问题,发展火模式、萌衍及竞争方案等,研制了先进的IAP-DGVM,并实现与中科院地球系统模式CAS-ESM的耦合,支撑了地球系统数值模拟装置的顺利建成。 IAP-DGVM主要用于阐明植被与气候相互作用的基本规律,模拟预估全球气候与生态环境的演变过程。模式可以较好地模拟出林木、草地、灌木、荒漠等全球分布格局,刻画对气候变化最敏感的全球生态脆弱带,再现野火燃烧面积和碳排放的全球分布,实现陆地/植被-大气间碳循环的时空动态模拟等。
IAP-DGVM由生物地球化学、植物个体发育、群体动力学、生态地理学和环境扰动五个主要模块组成,考虑了包括多时空尺度的生物物理、生物化学和生态动力学过程。 针对国际DGVM中的关键问题,发展有数理基础的参数化方案,包括灌木林子模式、火模式、萌衍及竞争方案、个体生长方案等。(1)基于全球火燃烧观测产品,针对现有火干扰方案在亚马逊地区以及南亚地区的明显偏差,从火的发生、蔓延及影响等过程建立了IAP火干扰参数化方案。该方案对燃烧面积和碳排放的全球分布及其演变等的模拟结果是国际上最优的,并在国际上首次实现了生物量燃烧引起的痕量气体和气溶胶的排放估算。(2)萌衍(即从种子生产并萌发为成活幼苗的过程)是目前DGVM模拟中不确定性最大的生态动力学过程之一。IAP-DGVM改进了不同植物类型对萌衍的竞争的表达,分别考虑了不同植物类型当前状态对萌衍的影响,引入背景萌衍、不同植被类型的生长-繁殖分配策略、以及气候/环境条件对萌发率的影响等。因而能更好反映植物分布的变化,改善对植被生态格局和结构的模拟,并对植被分类方案具有较好的自洽性,优于国外的模拟结果。 在CAS-ESM框架内,开展IAP-DGVM对当代气候下的全球植被模拟,表明:IAP-DGVM可很好地再现主要自然植被类型的全球分布格局,模拟的常绿林与落叶林、阔叶林与针叶林的比例与观测一致,正确地模拟出全球灌木林分布及其与草原的区分。模式模拟的气候与植被分布映射关系也与观测一致,而目前国际DGVM中尚鲜有报道。 利用IAP-DGVM开展全球植被分布与结构功能及其随气候变化演变模拟研究。提供了全球首份关于20世纪火灾对全球陆地生态碳收支影响的定量评估报告,并通过量化火直接作用和间接作用的贡献,分析火影响碳净收支的相关机理。研究森林生态系统对气候变化的响应,表明森林生态系统对增温与降温的响应具有不对称性,而生态过渡带对气候变化最敏感。
IAP-DGVM是CAS-ESM的重要分系统模式之一。CAS-ESM模式核心指标达到国际先进水平,参加了第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6),完成相关的模拟试验,结果供IPCC第六次评估报告使用。CAS-ESM入选国家“十三五”科技创新成就展,而以CAS-ESM为核心模式系统的国家重大科技基础设施“地球系统数值模拟装置”入选2021年中国科技十大重大突破,曾多次被CCTV、人民日报、新华社等各大媒体报道,IAP-DGVM模拟全球植被演替过程是其中的亮点成果之一。 IAP火扰动参数化方案被中国气象局BCC-CSM以及国外多个地球/气候系统模式(如美国NCAR CESM、GFDL-ESM、能源部E3SM,加拿大CanESM,以及国际著名生态模式DLEM、陆面过程模式SSiB等)采纳,并受邀参加全球火模式比较计划(FireMIP),模拟结果作为CMIP6火灾排放清单的主要数据源之一。开启并引领全球尺度上火灾在地球系统中作用的定量估算研究。
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