陆地碳循环平衡模型

陆地碳循环平衡模型

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contributed at 2018-12-04

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岳天祥编著
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Geography SubjectPhysical GeographyClimatology
Earth System SubjectEarth Surface SystemAtmosphere

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陆地碳循环平衡模型

 

(1)植物生物量方程:

在自然状态下,不考虑人类活动的影响,以及忽视草食动物的影响,生物量的控制方程可以表示为:

式中,为单位时间、单位面积变化的生物量(t×hm-2×a-1)NPP为净光合作用速率(t×hm-2×a-1),即净第一性生产力;fVL为植被凋落速率(t×hm-2×a-1),它同生物量V的线性关系表达式为kVL为植被凋落速率系数。

(2)NPP模型:

式中,r为年降水量(mm)Rn为年净辐射(kcal×hm-2),它代表热量或温度因子,是生态系统生物物理过程强度的度量;NPP为自然植被的净第一性生产力(t×D×W×hm-2×a-1)Ird为辐射干燥度,L为蒸发潜热,Ird是辐射能量的年净收入与蒸发掉年降水所需能量的比值,是表示气候干燥程度的一种指数。

(3)采用Kwon建立的植被凋落速率方程:

式中,ke为凋落物速率常数;C1为大气中的CO2浓度;KM=400ppm为大气CO2自饱和速率;根据植被生物量、NPP模型和以上方程,可以计算出kekVL参数值,并可估算陆地生态系统自然植被的碳通量。

1)凋落物方程:

式中,为单位时间、单位面积变化的凋落物量(t×hm-2×a-1);fLH为凋落物转变为土壤腐殖质的腐殖化速率(t×hm-2×a-1)fLC为凋落物分解成CO2的速率(t×hm-2×a-1)

凋落物分解包括有机成分分解和腐殖质形成两个过程,并都是在微生物的作用下进行的;凋落物分解过程中,微生物一方面促使有机成分分解矿化(释放出CO2),另一方面又利用分解有机物放出的能量,把一些简单的有机产物转变为复杂的有机化合物。凋落物矿质化速率fLC和腐殖化速率fLH与植被类型和凋落物组成、微生物的活性、温度、土壤水、土壤通气性和土壤结构有关。

在平衡状态下,陆地生态系统中凋落物量没有发生变化,因为输入量等于输出量:

式中,Kj(j=1,2,3)分别为凋落物分解速率fLCfLH的系数,采用Foley的凋落物分解速率系数公式,Kj值计算式为j=1,2,3分别代表植物的叶、茎、根组成部分,表示叶、枝、根等不同凋落物类型分解的难易程度,分别等于1.0,0.5,2.0AET为每年实际蒸发量(mm×a-1,平衡态下等于水面蒸发量)

2)土壤腐殖质方程:

腐殖质的变化率主要取决于凋落物腐殖化速率fLH(t×hm-2×a-1)和腐殖质矿质化速率fHC(t×hm-2×a-1)之差,它的表达式为:

式中,为单位时间、单位面积腐殖质的变化速率(t×hm-2×a-1)

3)估算土壤腐殖质分解速率fHC的半机理半经验的统计模型:

式中,fHC为土壤呼吸速率(gm-2×d-1)F(gm-2×d-1)是温度为零、水汽不受限制时的碳通量;Q(°C-1)代表温度常数;T(°C)为月平均温度;P(cm)为月平均降水量,K(cm×mon-1)为降水函数的自饱和系数;在自然状态下,FQK分别为0.579,0.0396,2.19KHC为土壤腐殖质分解常数;联立方程(6)(7)(8),可以估算出土壤腐殖质碳量分布和土壤与大气之间的碳通量,当月均温<-13.3或者>33.5°C,则土壤呼吸速率为零。

 

参考文献

王绍强等:东北地区陆地碳循环平衡模拟分析。地理学报,2001,56(4)

 

How to cite

《资源环境数学模型手册》 (2018). 陆地碳循环平衡模型, Model Item, OpenGMS, https://geomodeling.njnu.edu.cn/modelItem/ff159318-bba8-4e90-9957-1a4aa100052a
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