图片 3

物联网

第3届陆地球表面层系统博雅青少年论坛

16 4月 , 2020  

生命科学院李建龙教授实验室在全球变化研究中取得重要成果,利用一套数理分析式生物模拟数字分解系统,创造性地对现有大尺度陆地生态系统过程模型进行了参数优化、重组、构建和机理分析,从而对由该模型估测大尺度植被生态系统生产力和碳贮存能力所引起的不确定性及其来源进行了有效的量化分析,大大提高了利用该模型和系统核算全球陆地生态系统吸收CO2并形成碳汇贮藏量的能力,以及植被碳汇核算的精度。有效降低了利用大尺度遥感数据计算陆地植被生态系统碳贮量的误差和估算过程中的不确定性,并对其不确定性的来源及误差大小给予了定量评估和分解对策。该成果以“The
role of residence time in diagnostic models of global carbon storage
capacity: model decomposition based on a traceable scheme”
(DOI:10.1038/srep16155)为题在《Scientific
Reports》发表,第一作者为陈奕兆博士,通讯作者为李建龙教授。

北半球冻土层融化到底会释放多少二氧化碳?

2019年1月15日,由北京大学城市与环境学院主办、地表过程分析与模拟教育部重点实验室承办的“首届陆地表层系统博雅青年论坛”在英杰交流中心阳光大厅举行。本届论坛以“全球变化与碳氮循环”为主题,旨在加强陆地表层系统研究领域学者特别是青年学者的交流合作,探讨该领域未来的研究热点。

在全球变化估测陆地生态系统过程中,作为决定陆地碳贮存能力的重要因素之一是对于生态系统滞留时间的准确模拟,目前尚具有很大的不确定性和变异性。为了有效解决这一世界性难题,李建龙教授团队研究结果认为,滞留时间模拟的不确定性可主导当前生态系统碳循环的模拟和未来趋势的预测效果。一方面由于滞留时间较难通过实验方法实际测定,因此尚没有大尺度下的相关数据支持;另一方面,由于有机碳在陆地生态系统当中主要停留在土壤当中,而土壤对碳的分解过程相对复杂,涉及到的过程较多,而对应的估测参数化又较为困难,因而导致在现有的生态过程模型当中很难找出其不确定性的来源并对其进行定量评估。该文中所使用的追溯式模型分解系统之一能够对碳滞留时间的模拟部分通过分析手段进行拆分和重组及优化,基本实现了对其它生态过程模型不确定性的降低和误差来源的定量评估。

  近日,美国地球物理协会(AmericanGeophysicalUnion;AGU)在其会刊EOS(Earth&SpaceScienceNews)上以研究亮点的形式报道了华东师范大学生态与环境科学学院夏建阳教授、美国俄克拉荷马大学骆亦其教授和阿拉斯加大学DavidMcGuire教授课题组合作的研究论文。今年2月底,该论文题发表于JournalofGeophysicalResearch:Biogeosciences。

图片 1

李建龙课题组报道的改进分析式陆地生态系统模型,是目前研究全球碳循环和估测大尺度陆地生态系统碳平衡及碳贮量估算的重要工具之一,是通过结合大尺度观测数据对历史陆地生态系统生物地理化学循环进行模拟的一类生态过程模型。结合观测数据后,能够较好的对地上植被生态系统的初级生产力进行定量模拟,也可用对地下土壤碳分解和碳反馈等方面进行定量模拟。课题组通过对一个典型的诊断式模型BEPS进行解构,进而与预测式模型CABLE进行比较,发现诊断式模型在模拟基线滞留时间部分的参数化主要基于植被类型。一方面模型设置未能充分考虑碳分配和营养元素动态等因素,另一方面也导致模型对于土壤温湿度的响应十分直接。这也使环境因子(包括土壤温度和土壤水分)模拟的不确定性会被直接反映在最终的模拟结果当中。同时,课题组通过模型比较发现,当前碳滞留时间的模拟受到不同的土壤湿度算法的影响很大,可能是主导当前不同模型模拟之间结果差异的重要因素之一。因此建议在今后的研究当中应当重视对这部分算法的验证和改进研究。

图片 2

 

该研究工作得到国家重大基础研究项目(2010CB950702)、国家863项目(2007AA10Z231)、国际APN重点项目和澳大利亚政府基金项目等资助。

  北半球冻土区(Permafrostregion)大约贮存了1330-1580Pg(1P为10的15次方)土壤碳,该碳库大致为大气碳库的两倍。由于近年来全球气候的急剧变暖,这些长期封存在冻土中的有机碳将随着冻土的融化加速分解并释放到大气层,从而加快全球大气CO2浓度上升。这个过程将进一步增强碳循环与气候变化之间的正反馈关系。因此,如何更加准确地模拟和预测北半球冻土地区的碳循环及其对气候变化的响应成为近年来国际生态学与气候变化科学的热点问题。

论坛现场

(生命科学院 科技处)

  最近,华东师范大学生态与环境科学学院夏建阳教授与美国俄克拉荷马大学骆亦其教授、阿拉斯加大学DavidMcGuire教授的研究组合作,基于卫星遥感大尺度监测数据和涡度通量塔观测数据,评估了十个国际主流陆面模式对北半球冻土区碳循环的模拟情况。该研究发现,当前的全球碳循环模型对冻土区生态系统的净碳输入(即净初级生产力)的模拟存在巨大不确定性(如下图所示)。

受邀出席本次论坛的嘉宾有北京大学城市与环境学院党委书记刘耕年教授、北大城环学院李双成教授、中国科学院植被与环境变化国家重点实验室副主任杨元合研究员、中科院沈阳应用生态研究所副所长方运霆研究员、中科院南京土壤研究所副所长颜晓元研究员、中科院地理科学与资源研究所牛书丽研究员、中国农业大学崔振岭教授、中科院大气物理研究所潘月鹏研究员、天津大学刘学炎教授、兰州大学朱高峰教授、中科院青藏高原研究所汪涛研究员、北京师范大学李琰副教授以及北京大学陆雅海教授、贺金生教授、张霖研究员、周丰副教授、朱彪研究员、彭书时研究员、万祎研究员、朱晟君研究员等。

图片 3

论坛吸引了来自北京大学、清华大学、北京师范大学、中科院地理科学与资源研究所、中科院遥感与数字地球研究所、复旦大学、上海交通大学、天津大学、中科院水利部成都山地灾害与环境研究所、中科院东北地理与农业生态研究所等30多个高校、科研院所、应用部门的350余名师生参加。

北半球冻土区分布及模型对净初级生产力的模拟不确定性溯源

1月15日8时45分,刘耕年宣布“首届陆地表层系统博雅青年论坛”正式开幕。他希望本届陆地表层系统论坛能够促进学者交流合作,使大家得到知识启发,培养更多具有创新精神的年轻人。

  净初级生产力(NetPrimaryProductivity;以下简称NPP)是指生态系统通过光合作用从大气中净吸收的CO2总量。尽管过去几十年中生态学界对该过程进行了长期研究,但是夏建阳课题组的研究发现不同碳循环模型对冻土区NPP的模拟依然存在2-3倍差异。这种模型间的差异不仅源自对总光合作用的模拟,并且来自它们具有不同的碳利用效率(即总光合作用转化为植物器官生长的比例)。

图片 4

  在这项研究中,来自不同国家的十个模型团队各自模拟了1960-2009年间的冻土区碳循环动态。相较于2000-2009年间的卫星观测数据,模型系统性地高估了(约20%)北半球冻土区的NPP。尽管缩小该系统偏差是非常艰难的任务,但这项研究的发现为降低全球碳循环的模拟不确定性提供了可行的途径。

 

  JournalofGeophysicalResearch是美国地球物理学会主办的地球科学主流期刊,其编辑群定期挑选具有重要贡献的最新地学研究成果刊载于学会月刊EOS。

刘耕年致辞

阅读原文

李双成介绍了论坛的渊源,感谢各单位和科学家们对北京大学陆地表层系统相关学科的支持,希望北京大学在此领域取得更大的进步。

记者|姜澎

上午的第一个板块——“全球变化与碳循环”的报告和讨论由彭书时主持。

来源|文汇网

图片 5

编辑|吴潇岚

 

其他媒体阅读:

“全球变化与碳循环”板块

中新社|中美课题组揭示冻土区生产力的模拟不确定性来源 获国际关注

杨元合作题为“冻土碳循环及其对气候变暖的响应”的学术报告。他围绕“青藏高原冻土融化如何影响高寒草地碳循环”的科学问题展开,解释了冻土区土壤有机碳动态,阐明了冻土融化以后氮分解的调控因素,解析了激发效应沿着时间序列的调控因素,阐述了冻土碳循环对增温的响应机制。

汪涛以“印度季风-西风相互作用下青藏高原植被变化及其反馈”为题进行了分享,从全球变暖对植被生长在年际和季节的差异着眼,由浅入深,揭示了青藏高原季风显著减少的原因,并通过分析植被变化对季风的反馈机制,说明了植被状态变好的链式环境效应。

朱彪在以“高寒草甸土壤有机碳动态对气候变暖的响应”为题的报告中,认为土壤有机碳对气候变暖的响应存在诸多不确定性,并结合海拔梯度观测、OTC开顶箱增温试验、Meta分析和加热电缆全土壤剖面增温试验等方法探究高寒草甸不同增温条件对土壤有机碳各种指标的影响。

李琰作了题为“撒哈拉沙漠大规模风力与太阳能发电开发的气候效应”的报告,他以可再生能源——风能太阳能的利用和全球变化为背景,阐述了大量发展风能太阳能对撒哈拉沙漠降水变化及其时空格局的影响。

朱高峰则从陆地生态系统蒸散发模型评价与研发两个方面,分析了现有陆地蒸散发模型存在的局限和不足,并提出若干改进想法。

牛书丽作题为“生态系统净碳交换的年际变异与机理”的报告,探讨了影响全球二氧化碳年际变异的主要原因。她指出,全球二氧化碳年际变化的主要影响因素为最大碳吸收效率和碳吸收周期,二者对二氧化碳年际变化的贡献率存在纬向、生态系统类型和季节等差异。

第二个板块——“全球变化与氮循环”的报告和讨论由朱彪主持。

图片 6

 

“全球变化与氮循环”板块

方运霆以“氮沉降对森林生态系统碳氮循环的影响”为题,与大家分享了氮沉降对森林生态系统的影响、森林生态系统氮的存在状态和不同状态氮的去向及其原因等。

潘月鹏从大家关心的氮沉降研究方法方面着眼,指出要同时考虑氮沉降中的干沉降与湿沉降,并揭示了我国氮沉降的空间格局,强调了大气和植被之间氨气交换研究的重要性。

刘学炎提到陆生植物氮同位素,它是人为成因氮信号和氮利用过程的整合器,并从植物生理的角度分析了维管植物中氮素的转化过程。

崔振岭围绕“土壤-作物系统综合管理与农业绿色发展”,结合农业区域联网试验,为大家讲解了减肥增效、高产高效、绿色农业等方法和技术。

张霖作“大气活性氮排放、沉降及其对空气质量影响的模型研究”报告,他指出中国氨排放的清单总量在空间分布和季节变化存在不确定性,并结合卫星反演方法和统计资料方法,分析了中国氨排放的年际变化及其驱动因子。

周丰阐述了如何定量模拟农田生态系统的氮利用和氮损失,他从自己的研究出发,从稻田氨挥发过程模拟、稻田径流过程模拟和水稻生长过程模拟等三反面予以讲解,
并对未来农田氮利用和氮损失的研究作了展望。

颜晓元从农田氨、氮氧化合物、硝酸盐等的产生机理、变化过程方面,清楚地揭示了农田氮素的去向。

论坛进行过程中,师生围绕“全球变化和碳循环”与“全球变化氮循环”两个板块作了深入交流。

图片 7

 

合影

责编:白杨


相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

网站地图xml地图