Modeling the impacts of nitrogen dynamics on regional terrestrial carbon and water cycles over China with Noah-MP-CN
Modeling the impacts of nitrogen dynamics on regional terrestrial carbon and water cycles over China with Noah-MP-CN
复制标题
利用 Noah-MP-CN 模拟氮动态对中国区域陆地碳和水循环的影响
DOI：
10.1007/s00376-020-9231-6
复制
发表时间：
2020-04
影响因子：
5.8
通讯作者：
边晴云
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
梁晶晶;杨宗良;蔡锡填;林佩蓉;郑辉;边晴云
作为生物地球化学循环的重要组成部分，氮循环调节陆地生态系统的碳储存、水分消耗和环境质量。在区域尺度上对氮、碳和水之间的复杂相互作用进行建模仍然具有挑战性。本研究以中国为试验场，首次在区域尺度上应用了具有多参数化选项的氮增强型社区诺亚陆面模型（Noah - MP - CN）。Noah - MP - CN基于植物氮固定与吸收模型以及土壤与水资源评估工具土壤氮模型，对氮有效性对光合作用的限制进行参数化。通过将模拟结果与原始Noah - MP的模拟结果进行比较，研究了氮动态对陆地碳和水循环的影响。结果表明，纳入氮动态可改善碳循环模拟。Noah - MP - CN在再现中国大部分地区的叶面积指数（LAI）和总初级生产力（GPP）方面优于Noah - MP，特别是在南方温暖湿润地区，而水文模拟在土壤水分和蒸散方面仅有轻微改善。通过权衡分析研究了农田施肥对碳固定、水分消耗和氮淋失的影响。与肥料使用量减半相比，实际施肥量仅使总初级生产力和水分消耗分别增加1.97%和0.43%；然而，氮淋失却增加了5.35%。这表明当前的施肥水平是环境退化的一个潜在隐患。
As an important part of biogeochemical cycling, the nitrogen cycle modulates terrestrial ecosystem carbon storage, water consumption, and environmental quality. Modeling the complex interactions between nitrogen, carbon and water at a regional scale remains challenging. Using China as a testbed, this study presents the first application of the nitrogen-augmented community Noah land surface model with multi-parameterization options (Noah-MP-CN) at the regional scale. Noah-MP-CN parameterizes the constraints of nitrogen availability on photosynthesis based on the Fixation and Uptake of Nitrogen plant nitrogen model and the Soil and Water Assessment Tool soil nitrogen model. The impacts of nitrogen dynamics on the terrestrial carbon and water cycles are investigated by comparing the simulations with those from the original Noah-MP. The results show that incorporating nitrogen dynamics improves the carbon cycle simulations. Noah-MP-CN outperforms Noah-MP in reproducing leaf area index (LAI) and gross primary productivity (GPP) for most of China, especially in the southern warm and humid regions, while the hydrological simulations only exhibit slight improvements in soil moisture and evapotranspiration. The impacts of fertilizer application over cropland on carbon fixation, water consumption and nitrogen leaching are investigated through a trade-off analysis. Compared to halved fertilizer use, the actual quantity of application increases GPP and water consumption by only 1.97% and 0.43%, respectively; however, the nitrogen leaching is increased by 5.35%. This indicates that the current level of fertilizer use is a potential concern for degrading the environment.
登录
查看更多内容
DOI：
--
发表时间：
1990
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
A. Sharpley;John R. Williams
通讯作者：
A. Sharpley;John R. Williams
影响因子：
4.6
作者：
Zhang Y;Peña-Arancibia JL;McVicar TR;Chiew FH;Vaze J;Liu C;Lu X;Zheng H;Wang Y;Liu YY;Miralles DG;Pan M
通讯作者：
Pan M
利用高分辨率CLM3.5和CLDAS研究新疆地表过程时空变化：土壤温度
影响因子：
4.6
作者：
Meng X;Wang H;Wu Y;Long A;Wang J;Shi C;Ji X
通讯作者：
Ji X
DOI：
10.1111/1752-1688.12474
发表时间：
2017-04
期刊：
JAWRA Journal of the American Water Resources Association
影响因子：
--
作者：
D. Maidment
通讯作者：
D. Maidment
DOI：
--
发表时间：
2011-09
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
S. Neitsch;J. Arnold;J. Kiniry;John R. Williams
通讯作者：
S. Neitsch;J. Arnold;J. Kiniry;John R. Williams