基于遥感和通量观测数据的陆地生态系统总初级生产力机理模型研究

建立机理性的陆地生态系统总初级生产力GPP模型以准确模拟各种环境胁迫因子（土壤湿度、饱和水汽压差和温度）影响是GPP遥感模型的发展方向,而当前广泛使用的GPP遥感模型所采用的水分胁迫因子还不完善，困扰GPP遥感模型的关键是难于获取土壤湿度。由于抗大气气溶胶污染的增强型植被指数EVI较归一化差值植被指数NDVI更能准确反映地表植被状况,而以往的遥感生产力模型主要是基于NDVI和比值植被指数RVI。本项目的核心研究内容是建立湿表面蒸散驱动的土壤水分平衡模型以准确模拟土壤湿度，进而构建完善的水分胁迫因子；最终基于MODIS的EVI植被指数和FluxNet的通量观测数据,建立综合各种环境胁迫因子影响的GPP机理模型，并开展中国近10年逐月GPP估计研究。准确估计大尺度GPP无疑会推动中国陆地生态系统碳收支和气候变化研究。

建立机理性的陆地生态系统总初级生产力GPP模型以准确模拟各种环境胁迫因子（土壤湿度、饱和水汽压差和温度）影响是GPP遥感模型的发展方向，而当前广泛使用的GPP遥感模型所采用的水分胁迫因子还不完善。项目研发了一个新的陆地生态系统碳通量模型 TEC。TEC GPP模型先由降雨驱动的ARTS E模型计算出实际蒸散E，并采用E与潜在蒸散PET的比值作为TEC GPP模型的水分胁迫因子，其优点是使C3植物（包括森林、作物和草地）可以采用统一的最大光能利用率ε*。TEC GPP模型采用1.8 gC MJ-1和2.76 gC MJ-1作为C3、C4植物独立的最大光能利用率ε*，以反映C3和C4光合作用的显著差异。结果显示出区分C3和C4植物光合作用差异在全球GPP估计中的重要性，即如果忽略C3和C4植物差异会导致全球GPP出现低估。. 在代表着不同生态系统、不同气候类型的18个通量站开展的模型评估显示：TEC模型估计的月均GPP精度统计优于MODIS-GPP产品(MOD17A2)，特别是针对C4植物。进一步，我们由11年( 2000至 2010年）的月尺度MODIS FPAR数据和欧洲中心中期天气预报(ECMWF)再分析资料，估计出全球年GPP通量为128.2 ± 1.5 Pg C yr-1；TEC模型全球GPP估计值位于已报道的考虑C4和C3植物差异的全球GPP估计值区间内。在全球GPP估计的框架下，TEC模型估计中国GPP为 7.25 Pg C yr-1，占全球的5.6%，而MOD17估计中国GPP偏小，仅为5.9 Pg C yr-1，占全球的5.2%，这表明以往基于MOD17的GPP和碳研究低估了中国区域的GPP，可能会导致中国生态系统固碳能力被低估。. TEC GPP 模型无需事先定标就可由MODIS FPAR数据、C4/C3植物分布图、气候和土壤数据成功模拟通量站及全球尺度的陆地碳通量。TEC GPP 模型可以用于历史分析及近实时全球陆地GPP估计，从而为碳循环、水循环及与气候变化的反馈研究提供新视角。