基于参数优化的人工灌丛生态系统碳水通量模拟

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据。生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径。利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力（Gross primary productivity,GPP）和蒸散（Evapotranspiration,ET）。结果表明：（1）参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;（2）基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;（3）宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m^-2 a^-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势。     

宁夏沿黄绿洲参考作物蒸散演变特征及其归因

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET₀)是生态水文过程中的关键因子,研究ET₀在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义。以宁夏沿黄绿洲为例,基于1960-2019年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET₀,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60 a的ET₀演变特征及其归因进行研究。结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET₀年内呈单峰形态,ET₀在5-7月间较高,累积ET₀占年总ET₀的43.6%;近60 a的ET₀年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P ＜ 0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在1988年突变之前,ET₀无显著变化趋势,而突变之后则以每10 a左右的周期显著增加或降低。(2)年ET₀主要以20-40 a和50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET₀规律,而冬、春季振荡幅度较弱。(3)虽然ET₀与6种气象因子均存在显著相关性,但ET₀对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为11.58%和8.40%。(4)宁夏沿黄绿洲ET₀与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET₀上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET₀突变的原因。