地球系统模式中土壤微生物呼吸的评估及改进
批准号:
41305096
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
邵璞
依托单位:
学科分类:
大气数值模式发展
结题年份:
2016
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈浩、王锋刚
中文摘要
全球气候与环境变化已成为不争的事实,碳循环模拟作为地球系统模式中的重要环节,对于我们理解大气二氧化碳浓度变化对气候与环境的影响至关重要。土壤微生物呼吸作为陆地上仅次于光合作用的陆气碳交换过程,在当今观测和模式中均存在很大的不确定性。本项目研究拟采用理论、统计分析和数值模拟相结合的方法评估当前最先进的地球系统模式对大尺度土壤微生物呼吸的模拟效果。围绕异氧呼吸过程针对目前地球系统模式对地下生物地球化学过程模拟的理论框架的难点和重要科学问题作深入研究,如:异氧呼吸对地表温度、土壤湿度和土壤有机氮含量的敏感性、植被凋落物和细根渗出液的激发作用、根圈效应等。通过以上研究最终提出一个适用于地球系统模式的土壤微生物呼吸的普适方案,并应用于中科院地球系统模式的设计。
英文摘要
With the fact of observed global climate and environmental changes, carbon cycle modelling, as an important component of the Earth System models (ESMs), is critical to our understanding of the influences of evolution of atmospheric carbon dioxide concentration on climate and environment. As the second largest carbon flux after photosynthesis in the carbon cycle, micorbial respiration is very uncertain both in observation and models. By using the theorectical and statistical analysis, and numerical simulation method, this project aims to evaluate the broad-scale parameterization of microbial respiration in the state-of-art ESMs nowadays. Then we plan to investigate the general framework for the integrated underground biogeochemical processes with focus on some important and frontier scientific issues. For example, the sensitivities of heterotrophic respiration to the surface temperature, soil moisture, and the soil nitrogen content; the priming effects of substrates from litters and fine roots; rhizosphere effect; etc. Based on the above studies, a more sophisticated approach to simulate microbial respiration in the ESMs will be developed, and will be applied to the design of integrated CAS-Earth System Model.
地球系统模式(ESM)中土壤呼吸(RS)以及它和气候间的反馈存在较大不确定性,这主要源于观测资料的不足和现有模式对土壤中生物地球化学循环过程考虑得不完善。本项目旨在研究这种不确定性以及相关碳循环过程和气候变化的相互作用并以此为基础改进模式。除了利用元分析数据和气候模式比较计划得到的土壤呼吸对比分析,我们还自行设计运行了不同的数值实验。我们利用观测数据第一次系统地评估了8个地球系统模型中土壤微生物呼吸(RH)的模拟结果和环境因子对它的影响。模式中气候、植物、土壤因子对RH变化的控制明显强于观测。由于RS观测数据远多于RH,我们对评估ESM模拟陆地碳循环提出了基于RS观测的两条严格标准。此外,这些ESMs采用交互式地二氧化碳浓度变化会使得预测的未来温度变化的范围增加一半并降低CO2浓度的季节变化幅度。温度-CO2反馈对CO2浓度是给定还是模拟的不敏感,对浓度变化本身敏感。我们揭示了模式中一个间接影响土壤碳循环反馈的机制:考虑动态植被之后,变暖导致有机氮矿化作用增强,但是由此导致的植物生产力的增长被植物本身对氮的需求的降低弱化了,最终更多的土壤碳被释放。由于各种陆面模式对于土壤-植被-大气间作用均考虑这些过程及其面临的难点类似,这些结果也有益于其他模式的发展以及对陆地碳敏感性的系统评估。
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Development of an establishment scheme for a DGVM
制定 DGVM 设立计划
DOI:
10.1007/s00376-016-5284-y
发表时间:
2016-05
期刊:
Advances in Atmospheric Sciences
影响因子:
5.8
作者:
[Song, Xiang, Zeng, Xiaodong, Zhu, Jiawen, Shao, Pu]
通讯作者:
Shao, Pu
Differences in carbon cycle and temperature projections from emission- and concentration-driven earth system model simulations
排放和浓度驱动的地球系统模型模拟的碳循环和温度预测差异
DOI:
10.5194/esdd-5-991-2014
发表时间:
2014-08
期刊:
Earth Syst. Dynam. Discuss.
影响因子:
--
作者:
[Shao Pu, Xubin Zeng, Zeng Xiaodong]
通讯作者:
Zeng Xiaodong
Soil microbial respiration from observations and Earth System Models
来自观测和地球系统模型的土壤微生物呼吸
DOI:
10.1088/1748-9326/8/3/034034
发表时间:
2013-09
期刊:
Environmental Research Letters
影响因子:
6.7
作者:
[Shao, Pu, Zeng, Xubin, Moore, David J. P., Zeng, Xiaodong]
通讯作者:
Zeng, Xiaodong
Influence of dynamic vegetation on carbon-nitrogen cycle feedback in the Community Land Model (CLM4)
社区土地模型(CLM4)中动态植被对碳氮循环反馈的影响
DOI:
10.1088/1748-9326/aa51d9
发表时间:
2016
期刊:
Environmental Research Letters
影响因子:
6.7
作者:
[Koichi Sakaguchi, Xubin Zeng, L. Leung, P. Shao]
通讯作者:
P. Shao
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