EALCO模型中叶肉导度的研发及对GPP模拟的影响初探
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈美玲 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 袁国富 ; 陈报章 |
| 关键词 | 陆面过程模型 FvCB 模型 EALCO 叶肉导度 GPP 增长率 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 气象学 |
| 英文摘要 | 叶肉导度（简称 gm）描述为 CO2 从胞间到羧化位点进行光合作用 生 成 有 机 物 时 的 导 度 。 陆 面 过 程 模 型 采 用 的 Farquhar-von Caemmerer-Berry 生物化学光合模型（以下简称 FvCB 模型）和气孔导度模型，一般仅考虑从叶片表面到胞间的气孔导度，缺少叶肉导度模块这一结构。有研究表明，当前陆面过程模型对陆地碳储量的固碳潜力严重低估，叶肉导度的缺乏影响到陆面过程模型模拟中总初级生产力(简称 GPP)对 CO2 浓度的响应程度。因此在陆面过程模型中添加叶肉导度模块有助于改进陆面过程模型对陆地生态系统固碳潜力的预测分析。本研究以 EALCO 模型（全名为 Ecological Assimilation of Land and Climate Observations）为例，初步探索分析陆面过程模型添加叶肉导度后 GPP 模拟值的变化，揭示其中存在的问题，为陆面过程模型添加叶肉导度模拟提供一定的经验。 本研究在 EALCO 模型中添加叶肉导度，添加过程分为两部分：（1）在 EALCO 光合作用模块中提取基于胞间 CO2 浓度（简称 Ci） 参数的 25℃、饱和光无胁迫下光合响应净光合作用/胞间 CO2 浓度曲线（简称 An/Ci曲线）。使用非线性规划求解（最小二乘法）的方法对光合参数进行调整，拟合出基于羧化位点 CO2浓度（简称 Cc）参数的25℃、饱和光无胁迫下 An/Ci 曲线，构建基于 Cc 的新光合模型；（2）考虑叶肉导度受最大叶肉导度值（简称 gm,max25）、氮分布、叶温、叶水势、光照这五个因素的控制，在陆面过程模型中进行计算。利用 US Ha1 站点（Harvard Forest Environmental Monitoring Site, Harvard Forest EMS）2002-2012 年的气象驱动数据，对叶肉导度模拟结果和添加叶肉导度后 GPP 模拟结果进行了初步分析。分析不同最大叶肉导度取值对叶肉导度模拟结果和 GPP 模拟结果的影响，并进一步对添加叶肉导度前后模型模拟 GPP 对 CO2 浓度升高的响应，且分析不同最大叶肉导度影响 GPP 模拟值对 CO2 浓度升高的响应程度。主要研究结果包括： （1）分析了关键参——最大叶肉导度（gm,max25）取值对基于 Cc的光合参数的影响，获得 EALCO 模型落叶阔叶林这一植被功能型下不同最大叶肉导度时对应光合参数的优化方案。最大叶肉导度取0.7mol m-2 s -1时，光合参数的优化情况，经过调整后的最大羧化速率为 56.35umol m-2 s -1，大于原曲线的最大羧化速率为 50umol m-2 s-1，而经过调整后的最大电子传输速率为 140.19umol m-2 s-1，小于原曲线的最大电子传输速率为 154.10umol m-2 s-1。其他的参数如 Kc 由原来的12.5uM 下降为 12uM，而 Ko下降明显，由 500uM 下降为 400uM，补偿点τ*增加。 （2）分析了模型模拟叶肉导度生长盛期的变化特征（日、季节变化）。晴朗天气下，叶肉导度的日变化呈现双峰变化特征，存在光 合作用午睡现象；阴天天气下叶肉导度日变化呈单峰变化特征，但明显小于晴天叶肉导度。季节变化特征上，比较了阳叶和阴叶的叶肉导 度差别，阳叶叶肉导度总体高于阴叶叶肉导度，将日平均阳叶叶肉导度、阴叶叶肉导度和阳叶气孔导度进行比较，发现阳叶气孔导度在生 长期早期和后期均较小，生长盛期则高于阴叶叶肉导度，小于阳叶叶肉导度。 （3）探讨了最大叶肉导度这一参数的合理取值范围：通过模型模拟的叶肉导度与前人对叶肉导度实验观测值的比较，并与前人观测的叶肉导度与气孔导度比例关系（气孔导度与叶肉导度的比例多集中在 0.79-1 之间）进行比较。得出针对 EALCO 模型—落叶阔叶林这一植被功能型，最大叶肉导度合理取值范围在 0.5~0.7mol m-2 s-1之间。 （4）模拟了 4 种初始大气 CO2浓度下（300ppm、350ppm、400ppm和 450ppm），浓度升高 100ppm 后，对应的年 GPP 增长率的差异。以最大叶肉导度值为 0.7mol m-2 s-1 进行模拟实验分析，发现添加叶肉导度后 GPP 增长率能明显高于未添加时。4 种不同初始大气 CO2 浓度下模拟研究结果显示，添加叶肉导度能提高 GPP 随 CO2 升高的增长率。 （5）分析了最大叶肉导度取值差异对 GPP 随 CO2升高的增长率模拟的影响。在其他环境因素保持不变的情况下，对最大叶肉导度取不同值（0.5mol m-2s-1、0.57mol m-2s-1、0.7mol m-2s-1、0.8mol m-2s-1以及 1.0mol m-2 s-1），模拟 2002-2012 年 US-Ha1 站 GPP 在四档初始CO2浓度时，增加 100ppm 下年 GPP 的增长率。发现最大叶肉导度取值在 0.5~1.0mol m-2s-1之间变化会导致 GPP 增长率有些微差异，但最 大叶肉导度取值在这段范围内的影响没有规律可循，且影响有限。 |
| 学科主题 | 气象学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 81 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184467]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈美玲. EALCO模型中叶肉导度的研发及对GPP模拟的影响初探[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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