西部干旱区山地针叶林净第一性生产力模拟与验证研究

项目研究目标是：将适用于湿润气候条件下的遥感机理模型-北部生态系统生产力模拟模型（BEPS）扩展到林区降水量远小于森林生态最低需水量的我国西北干旱区，扩展和增强模型应用的普适性。本研究基于遥感反演和尺度扩展理论，获取云杉林的生态-生物物理参数和诸环境因子的时间序列同化参数；选取甘肃省祁连山青海云杉林为研究对象，以BEPS为基础，摒除原模型中的土壤水分计算模块，代之以新建的更具普适性的模块，即通过对林下土壤及林地集水区的潜水、土壤水分和土壤壤中流运动与转移规律的研究，建立林下三维土壤水分水量平衡模块，以分层计算时间序列土壤含水量；将三维土壤水分水量平衡模块嵌入到BEPS模型中，建立适用于干旱山区森林植被的净第一性生产力新模型-A-BEPS，以上述时间序列同化数据作为模型的输入参数，客观地估算祁连山区青海云杉林的NPP空间分布与季节变化规律；同时利用野外常规实测的NPP数据对模拟结果进行验证。

在全球碳循环研究中，干旱半干旱区植被作为陆地生态系统中的一个重要组成部分，在地表与大气之间能量、物质和动量交换中扮演着重要的角色，位于我国干旱半干旱区的甘肃省，大部分区域的降水量小于当地植被的生态需水量，因此准确估算干旱半干旱区植被的净第一性生产力（NPP），在整个陆地生态系统碳循环研究中具有举足轻重的作用。本项目选取遥感机理模型——北部生态系统生产力模拟模型（BEPS），以我国西部的甘肃省为研究区域，考虑到草地和农作物冠层结构的特点，将原有的两片大叶模型扩展为多层-两片大叶模型，完善原BEPS模型中的光合作用子模块；同时，通过引入地表径流和下渗过程，建立干旱半干旱区林下三维土壤水分水量平衡模块，完善BEPS模型的水分循环子模型，以建立适用于干旱半干旱区的植被净第一性生产力模型（ABEPS），提高干旱半干旱区植被NPP的模拟精度。以气象数据和卫星遥感数据作为模型的主要输入参数，客观地估算干旱半干旱区植被NPP的空间分布与季节变化，与前人的研究结果进行对比，并利用野外常规观测的NPP数据对模拟结果进行验证,结果表明改进后的模型能够明显地提高干旱半干旱区植被NPP的模拟精度，且用ABEPS模拟的各类植被NPP均比改进前提高5%以上。