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气候系统中陆地碳氮循环耦合模式的研发应用

2017-04-12

来自中科院大气物理研究所、中科院地理科学与资源研究所以及国家气象中心等单位的科研人员在陆面水热交换模式研究中引入植被动态生长的过程,提出了具有特色的植被-大气相互作用模式AVIM,是实现动态植被过程的陆面模式。

研究人员以AVIM为框架,在物理过程基础上发展了陆地生态系统植被和土壤的碳-氮循环过程模块,将含有碳氮过程的陆面模式与全球和区域气候模式耦合,实现了陆地生态系统和气候的双向相互作用。在全球和区域尺度上对碳循环的气候效应进行模拟研究,对植被净初级生产力和生态系统净生产力的时空变化进行了大量的研究,并通过陆-气耦合模式进行了碳-气相互作用研究,发现全球陆地生态系统碳水循环与气候相互作用强烈的地区在北半球中高纬度带,这一地区的地气碳-水-气相互作用强度明显强于全球其他地区。

陆面模式AVIM参加了国际地圈生物圈计划(IGBP)组织的国际生态系统模式-数据比较计划,对植被碳通量NPP的模拟性能在参评的12个模式中排名居首。模式还参与了国际模式比较计划(PILPSC),对碳循环的模拟能力与国际碳循环主流模式处于同一水平。在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告所采用的地球系统模式中,AVIM模式对生态系统土壤碳库的模拟能力突显,对森林生态系统碳循环的研究成果曾受到Nature的关注和报道。

陆面模式AVIM在中国气象局国家气候中心和国家气象中心得到了应用。作为国家气候中心的气候系统模式BCC-CSM1.1的陆面分量模式参与了IPCC的第五次耦合模式比较计划。2006年开始在国家气象中心作为我国草地监测和评估系统的业务运行模式进行了应用,解决了国家气象中心长期没有机理模型支持农业生态气象服务业务的难点问题。作为生态气象业务服务的关键技术,每年对北方以及全国草地NPP、产草量进行动态估测,制作发布了服务产品,并以《两办刊物信息》《重大气象信息专报》上报国家有关部门,成为国家农业主管部门掌握草原生产力动态的主要依据。此外,产品还下发西藏、内蒙古、新疆、宁夏等省级气象局,指导相关部门开展工作。

专家简介

丹利,1973年生,中国科学院大气物理研究所研究员、博士生导师,中国气象学会会员,美国地球物理学会会员,中国科学院东亚区域-气候环境重点实验室主任助理。主要从事陆气相互作用与气候模拟、区域气候系统模式开发模拟以及碳氮水循环与气候的相互作用等研究工作,在国际上较早把陆面植被生理生态过程和陆面物理过程引入大气环流模式,实现了陆地生物圈和大气圈的双向耦合。研发了全球碳-气耦合模式GOALS-AVIM、FGOALS-AVIM和区域耦合模式RIEMS-AVIM。在国内外期刊发表论文70余篇,出版专著1部。曾获中国科学院王宽诚奖学金,被评为中国科学院所级先进工作者。

季劲钧,1937年生,中国科学院大气物理研究所研究员、博士生导师。参加了中国第一代数值长期天气预报模式的研制和试验。提出并实现了植被生物物理过程与生理生长过程双向反馈的新型模式(AVIM),为气候与生态系统相互作用的模式研究打下基础。曾获1978年全国科学大会奖以及国家自然科学二等奖、中国科学院自然科学二等奖等多项奖励。

黄玫,女,1968年生,中国科学院地理科学与资源研究所副研究员、硕士生导师。一直从事陆地生态系统碳循环模型研究工作,研发了AVIM模式中的土壤碳循环动力学过程。发表论文60余篇(SCI收录19篇),出版著作2部。获得省部级二等奖1项、三等奖1项。

钱拴,女,1964年生,硕士,应用气象专业正研级高级工程师,国家气象中心首席气象服务专家,全国生态保护与建设咨询专家委员会成员,中国草学会青年理事会常务理事。1983年以来一直从事全国农业气象研究和业务服务工作,近十年同时从事生态气象领域拓展。共发表论文60多篇,参与出版专著6部、译著2部,参与编写国家发展规划2个,主持完成国家标准1项。

毛留喜,1962年生,博士,正研级高级工程师,中国气象局首席气象服务专家,农业部防灾减灾专家指导组副组长。主要从事农业气象业务服务、生态气象监测评估以及农业气象标准体系建设等工作。发表论文50多篇,出版专著12部。曾获国家科技进步二等奖1项、省部级奖4项。

冯锦明,1971年生,博士,研究员,博士生导师。长期以来从事气候模式发展及气候变化模拟研究工作,是中科院东亚区域气候-环境重点实验室区域气候模式发展团队的主要负责人,同时作为团队骨干参与研发了北京师范大学地球系统模式BNU-ESM,并负责相应的CMIP5气候变化试验。曾发表论文70多篇。

彭静,女,1978年生,中国科学院大气物理研究所副研究员、硕士生导师。发表论文10余篇。