基于参数和状态同步优化的大气CO2异质性上升对陆地碳收支影响的模拟研究

The response of terrestrial carbon cycle to rising atmospheric CO2 is one of the biggest major concern in global change research. It has been proved that the heterogeneity of spatial temporal variation of atmospheric CO2 have considerable effect on terrestrial carbon budget. For the purpose of accurately estimation of the effect of rising atmospheric CO2 on terrestrial carbon balance, it is essential to establish the reasonable spatial temporal pattern of CO2 concentration coupling with terrestrial biosphere model to evaluate its effect to carbon budget over the past decades. This study focus on simultaneous calibration of the CO2 concentration parameter and NPP of a terrestrial biosphere model against the satellite observations: remotely sensed XCO2 provided by SCIAMACHY and estimated NPP provided by MODIS. The ensemble Kalman Filter (EnKF) with joint state and parameter estimation approach is applied for calibration using data assimilation technology. With this scheme, the accuracy of the estimation of the heterogeneous effect of rising atmospheric CO2 on past carbon budget in China terrestrial ecosystems could be improved.

全球陆地生态系统碳循环对大气CO2浓度的持续升高的响应是全球变化研究领域重点关注的问题之一。其中，大气CO2浓度的时空异质性分布已证明会对陆地碳收支产生一定影响。如何构建较为合理的过去几十年CO2浓度参数数据集并较为准确的估算陆地净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)，评估大气CO2异质性上升在历史时期对陆地碳平衡的影响，对于准确估算碳平衡总量及时空分布，降低估算中的不确定性具有重要意义。本研究着眼于利用参数和状态同步优化的数据同化方法，构建一个融合大气制图扫描成像吸收光谱仪SCIAMACHY的大气CO2柱浓度、中分辨率成像光谱仪MODIS的NPP高级遥感数据产品及陆面过程模型IBIS的同步优化方案，定量评估过去几十年陆表大气CO2异质性对陆地碳平衡的影响，从而更准确地评估大气CO2浓度上升条件下我国陆地生态系统碳收支的时空分布。

全球陆地生态系统碳循环对气候变化的响应式全球变化研究领域的重点科学问题之一。本研究项目针对大气CO浓度的时空异质性变化对陆地碳收支的影响，构建了较为合理的过去几十年CO浓度参数数据集并将其与目前主流大气CO2观测及模拟数据进行了比较，评估了大气CO2异质性上升在历史时期对陆地碳收支的影响。同时为了获取全球碳收支估算的不确定性，本项目在申请书所列的陆地生态过程模型IBIS基础之上，与国外先进研究机构合作，引进了另一陆地过程模型LPJ-wsl，并在研究阶段将其本地化，并改进了水文及土壤冻融等模块。基于前期阶段的成果，本项目运用数据同化方法，构建了一个基于Aqua卫星AIRS传感器产品，Envisat卫星SCIAMACHY传感器产品，及GOSAT卫星观测大气CO2柱浓度数据及陆地过程模型的模拟同化方案。本项目对改进对陆地生态系统在气候变化条件下碳收支对CO2上升的响应的科学认识。