论文部分内容阅读
植物长期适应气候环境的周期性变化，形成与此相对应的生长发育节律，称为植物物候。植物物候是反映气候和环境条件季节和年际变化的最直观、最敏感的生物指标，可以反映陆地生态系统对气候变化的快速响应。一方面，植物的物候——特别是叶片物候（主要是长叶和落叶，体现为叶面积变化），可以直接影响植物自身的碳平衡，并通过光竞争等方式间接的影响局地生态群落结构。另一方面，包括物候在内的植物个体特征变化以及全体结构变化等，又通过影响反照率、粗糙度、冠层导度以及陆——气间水、CO2、能量交换的季节性变化，进而控制陆表植被对气候系统的各种反馈。 为研究植物物候特征以及物候与气候的相互关系，本论文研究使用全球陆表卫星资料GLASS(Global LAnd Surface Satellite)的叶面积指数(LAI)数据集，生产了1982-2010年的物候数据，并使用该数据对全球的植物物候特征进行了分析。在此基础上，结合其他观测数据集，进行对物候模型的研究:首先评估了中科院大气物理研究所发展的IAP-DGVM的物候方案，分析其主要不足;进一步分析了GLASS物候期和气温之间的关系，建立了夏绿植物开始长叶日期的物候模型(MTM)，并在1982-2000年气候态和逐年气温条件下进行模拟，评估了模型模拟效果。 本文主要结论如下: (1)全球物候开始日期以及北半球的物候期长度都具有较明显的纬度特征，同时，在欧亚大陆高纬度地区，自西向东物候开始日期逐渐推迟，物候期长度逐渐缩短。由于不同植被类型生长的气候区域不同，因而其物候特征也各不相同。另外，同一纬度上不同植被类型的物候日期有一定差异。 (2)与CLM4.5提供的陆表特征数据集中LAI的月平均数据资料相比，IAP-DGVM中标准化LAI的年均值全球范围内普遍偏高，在欧亚大陆北方中部的一个区域差异尤为明显。与GLASS观测数据相比，IAP-DGVM的夏绿植物的开始长叶日期和开始落叶日期明显滞后，长叶期长度和落叶期长度明显偏短，盛叶期开始时间整体提前，盛叶期长度偏长。这说明基于GDD的长叶方案和基于温度阈值的落叶方案存在较大不足。而LAI的偏高导致了总初级生产力(GPP)、冠层蒸发、冠层蒸腾都偏高，土壤蒸发。因此需要建立更适用于全球尺度范围的物候模型。 (3)使用GLASS物候数据，按照热时模型(TM)反推计算积温(GrowingDegree Days，GDD)的关键参数——发育阈温度Tb，发现Tb与春季均温线性相关，因此可以使用春季均温对Tb做线性回归，建立了改进的热时模型(MTM)，并对其模拟效果进行了评估。结果显示:MTM的气候态模拟结果平均误差(ME)为1.1天，平均绝对误差(MAE)为6.8天，90％的模型误差在-12.4至13.7天之间，模拟效果远远优于IAP-DGVM的物候方案。模型在逐年模拟方面也具有较好的模拟结果，19年整体的ME为1.87天，MAE为10.6天，在-20至20天之间的样本占总量的87.2％。但由于气温的年际变化，每年的模型模拟误差各不相同，各年的ME取值在-3.1至7.16天，MAE取值在8.23至12.9天之间。整体看来，MTM可以应用于DGVM中夏绿植物的长叶方案，并大大改进模式的模拟效果。