Dinamik küresel bitki örtüsü modeli - Dynamic global vegetation model

Bir Dinamik Küresel Bitki Örtüsü Modeli (DGVM) bir bilgisayar programıdır. simüle eder potansiyel bitki örtüsündeki değişimler ve bununla ilişkili biyojeokimyasal ve hidrolojik döngüler iklim değişikliklerine bir yanıt olarak. DGVM'lerin kullanımı Zaman serisi nın-nin iklim veriler ve enlem, topografya ve toprak özelliklerinin kısıtlamaları verildiğinde, ekosistem süreçlerinin aylık veya günlük dinamiklerini simüle eder. DGVM'ler çoğunlukla geleceğin etkilerini simüle etmek için kullanılır. iklim değişikliği doğal olarak bitki örtüsü ve Onun karbon ve su döngüleri.

DGVM'ler genellikle biyojeokimya, biyocoğrafya ve rahatsızlık alt modelleri. Rahatsızlık genellikle aşağıdakilerle sınırlıdır: orman yangınları ancak prensipte aşağıdakilerden herhangi birini içerebilir: orman / arazi yönetimi kararları, rüzgarlık, böcek hasarı, ozon hasarı vb. DGVM'ler simülasyonlarını genellikle çıplak zeminden denge bitki örtüsüne (ör. doruk topluluğu ) çeşitli "havuzları" için gerçekçi başlangıç ​​değerleri oluşturmak: canlı ve ölü bitkilerdeki karbon ve nitrojen, organik maddelerden toprak vb. belgelenmiş bir tarihi bitki örtüsüne karşılık gelir.

DGVM'ler genellikle uzamsal olarak dağıtılmış bir modda çalıştırılır ve simülasyonlar her bir hücre içinde homojen koşullara sahip olduğu varsayılan binlerce "hücre", coğrafi nokta için gerçekleştirilir. Simülasyonlar, küreselden manzaraya kadar bir dizi mekansal ölçekte gerçekleştirilir. Hücreler genellikle kafes noktaları olarak düzenlenir; bitişik kafes noktaları arasındaki mesafe, birkaç derece enlem veya boylam kadar kaba veya 30 yay-saniye kadar ince olabilir. VEMAP olarak adlandırılan ilk DGVM karşılaştırma alıştırmasında (LPJ ve MC1) korkunç Amerika Birleşik Devletleri simülasyonları[1] 1990'lardaki projede yarım derecelik bir kafes tanesi kullanıldı. PIK grubu ve işbirlikçileri tarafından küresel simülasyonlar [2] 6 farklı DGVM (HİBRİT, IBIS, LPJ, SDGVM, TRIFFID ve VECODE) kullanarak aynı çözünürlüğü kullandı genel dolaşım modeli İklim verilerini sağlayan (GCM), 3.75 derece boylam x 2.5 derece enlem, toplam 1631 kara ızgara hücresi. Bazen kafes mesafeleri, özellikle daha ince taneler için, açısal ölçü yerine kilometre cinsinden belirtilir, bu nedenle VEMAP gibi bir proje [3] genellikle 50 km tahıl olarak anılır.

Örnek DGVM çıkışı

1990'ların ortasında birkaç DGVM ortaya çıktı. İlki görünüşe göre IBIS (Foley ve diğerleri, 1996), VECODE (Brovkin ve diğerleri, 1997), ardından aşağıda açıklanan birkaç diğerleri izledi:

Dünya çapında çeşitli araştırma grupları tarafından çeşitli DGVM'ler geliştirilmiştir:

Yeni nesil modeller - Earth sistem modelleri (ör. CCSM,[22] ORKİDE,[23] TEMMUZLAR,[24] CTEM[25] ) - bitki örtüsünün değişmesi ve karbon ve hidrolojik döngülerdeki değişikliklerin iklimi etkilemesi için artık biyosferden atmosfere önemli geri bildirimleri içeriyor.

DGVM'ler genellikle çeşitli bitki ve toprak fizyolojik süreçlerini simüle eder. Çeşitli DGVM'ler tarafından simüle edilen süreçler aşağıdaki tabloda özetlenmiştir. Kısaltmalar şunlardır: NPP, net birincil üretim; PFT, bitki fonksiyonel tipi; TESTERE, toprak mevcut su; LAI, yaprak alanı indeksi; BEN, Güneş radyasyonu; T, hava sıcaklığı; Wr, kök bölge su temini; PET, potansiyel evapotranspirasyon; vegc, toplam canlı bitki karbonu.

süreç / öznitelikformülasyon / değerDGVM'ler
en kısa zaman adımı1 saatIBIS, ED2
2 saatTRIFFID
12 saatHİBRİT
1 günLPJ, SDGVM, SEIB-DGVM, MC1 yangın alt modeli
1 ayYangın alt modeli hariç MC1
1 yılVEKOD
fotosentezFarquhar et al. (1980)[26]HİBRİT
Farquhar et al. (1980)
Collatz et al. (1992)[27]		IBIS, LPJ, SDGVM
Collatz et al. (1991)[28]
Collatz et al. (1992)		TRIFFID
stomatal iletkenlikJarvis (1976)[29]
Stewart (1988)[30]		HİBRİT
Leuning (1995)[31]IBIS, SDGVM, SEIB-DGVM
Haxeltine ve Prentice (1996)[32]LPJ
Cox et al. (1998)[33]TRIFFID
üretimorman NPP = f (PFT, vegc, T, SAW, P, ...)
çim NPP = f (PFT, sebze, T, SAW, P, hafif rekabet, ...)		MC1
GPP = f (I, LAI, T, Wr, PET, CO2)LPJ
rekabetışık, su ve N içinMC1, HİBRİT
ışık ve su içinLPJ, IBIS, SDGVM, SEIB-DGVM
Kesirli kapakta Lotka-VolterraTRIFFID
İklime bağlıVEKOD
kuruluşTüm SFT'ler, küçük bireyler olarak aynı şekilde kurulurHİBRİT
İklimsel olarak tercih edilen PFT'ler, küçük bireyler olarak aynı şekilde kurulurSEIB-DGVM
İklimsel olarak tercih edilen PFT'ler, küçük LAI artışı olarak aynı şekilde oluşturulurİBİS
İklimsel olarak tercih edilen PFT'ler, küçük bireyler olarak mevcut alanla orantılı olarak kurulurLPJ, SDGVM
Tüm PFT'ler için minimum 'tohum' fraksiyonuTRIFFID
ölümKarbon havuzlarına bağlıHİBRİT
Deterministik temel, rüzgar atışı, yangın, aşırı sıcaklıklarİBİS
Belirleyici temel, kendi kendine incelme, karbon dengesi, yangın, aşırı sıcaklıklarLPJ, SEIB-DGVM, ED2
Karbon dengesi, rüzgar atışı, yangın, aşırı sıcaklıklarSDGVM
Her bir PFT için belirtilen rahatsızlık oranıTRIFFID
İklime bağlı, karbon dengesine dayalıVEKOD
Kendiliğinden incelme, yangın, aşırı sıcaklıklar, kuraklıkMC1

Referanslar:

  1. ^ VEMAP Üyeleri. 1995. Bitki örtüsü / ekosistem modelleme ve analiz projesi: iklim değişikliği ve CO2 ikiye katlanmasına karasal ekosistem tepkilerinin kıtasal ölçekli bir çalışmasında biyocoğrafya ve biyojeokimya modellerinin karşılaştırılması. Küresel Biyojeokimyasal Çevrimler. 9 (4): 407–437
  2. ^ Cramer, W., A. Bondeau, F.I. Woodward, I.C. Prentice, R. Betts, V. Brovkin, P.M. Cox, V. Fischer, J.A. Foley, A.D. Friend, C. Kucharik, M.R. Lomas, N. Ramankutty, S. Sitch, B. Smith, A. White ve C. Young-Molling. 2001. Karasal ekosistem yapısının ve fonksiyonunun CO2 ve iklim değişikliğine küresel tepkisi: altı dinamik küresel bitki örtüsü modelinin sonuçları. Küresel Değişim Biyolojisi 7: 357–373
  3. ^ http://www.cgd.ucar.edu/vemap/
  4. ^ Sitch S, Smith B, Prentice IC, Arneth A, Bondeau A, Cramer W, Kaplan JO, Levis S, Lucht W, Sykes MT, Thonicke K, Venevsky S 2003. Ekosistem dinamiklerinin, bitki coğrafyasının ve karasal karbon döngüsünün LPJ Dinamik Küresel Bitki Örtüsü Modeli. Küresel Değişim Biyolojisi 9, 161–185.
  5. ^ "Arşivlenmiş kopya". Arşivlenen orijinal 2010-12-13 tarihinde. Alındı 2011-01-08.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  6. ^ Foley, J.A., I. C. Prentice, N. Ramankutty, S. Levis, D. Pollard, S. Sitch ve A. Haxeltine. 1996. Kara yüzeyi süreçleri, karasal karbon dengesi ve bitki örtüsü dinamiklerinin entegre bir biyosfer modeli. Küresel Biyojeokimyasal Çevrimler 10 (4), 603–628.
  7. ^ Kucharik, C. J., J. A. Foley, C. Delire, V.A. Fisher, M.T. Coe, J. D. Lenters, C. Young-Molling, N. Ramankutty, J. M. Norman ve S.T. Gower. 2000. Dinamik Küresel Ekosistem Modelinin performansının test edilmesi: Su dengesi, karbon dengesi ve bitki örtüsü yapısı. Küresel Biyojeokimyasal Döngüler 14 (3), 795–825.
  8. ^ Foley, J.A., C. J. Kucharik ve D. Polzin. 2005. Entegre Biyosfer Simülatörü Modeli (IBIS), Sürüm 2.5. Model ürün. Çevrimiçi mevcut [1] Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı Dağıtılmış Aktif Arşiv Merkezi, Oak Ridge, Tennessee, ABD'den doi:10.3334 / ORNLDAAC / 808.
  9. ^ Bachelet D, Lenihan JM, Daly C, Neilson RP, Ojima DS, Parton WJ (2001) .MC1: bitki örtüsü ve ilişkili karbon, besinler ve suyun dağılımını tahmin etmek için dinamik bir bitki örtüsü modeli - teknik dokümantasyon. Sürüm 1.0. Genel Teknik Rapor PNW-GTR-508. Portland, OR: ABD Tarım Bakanlığı, Orman Hizmetleri, Pasifik Kuzeybatı Araştırma İstasyonu.
  10. ^ Daly, C., D. Bachelet, J.M. Lenihan, R.P. Neilson, W. Parton ve D. Ojima, Küresel değişim çalışmaları için ağaç-çimen etkileşimlerinin dinamik simülasyonu, Ekolojik Uygulamalar, 10, 449-469, 2000.
  11. ^ MC1 web sitesi
  12. ^ Arkadaş AD, Stevens AK, Knox RG, Cannell MGR (1995) Ekosistem dinamiklerinin süreç tabanlı bir karasal biyosfer modeli (Hybrid v3.0). Ekolojik Modelleme, 95, 249–287.
  13. ^ Woodward FI, Lomas MR, Betts RA (1998) Sera dünyasında bitki örtüsü iklimi geri bildirimleri. Philos. Trans. R. soc. Londra, Sör. B, 353, 29–38
  14. ^ http://seib-dgvm.com/
  15. ^ http://www.metoffice.gov.uk/research/hadleycentre/models/carbon_cycle/models_terrest.html
  16. ^ Brovkin V, Ganopolski A, Svirezhev Y (1997) İklim-biyosfer çalışmalarında kullanım için sürekli bir iklim-bitki örtüsü sınıflandırması. Ekolojik Modelleme, 101, 251–261.
  17. ^ Levis SG, Bonan B, Vertenstein M, Oleson KW (2004) Topluluk Arazi Modelinin Dinamik Küresel Bitki Örtüsü Modeli (CLM-DGVM): Teknik Açıklama ve Kullanıcı Kılavuzu, NCAR Tech. Not TN-459 + IA, 50 pp, Ulusal Atmosferik Araştırma Merkezi, Boulder, Colorado.
  18. ^ Moorcroft, P.R., G.C. Hurtt ve Stephen W. Pacala. "Bitki dinamiklerini ölçeklendirmek için bir yöntem: ekosistem demografi modeli (ED)." Ekolojik Monograflar 71.4 (2001): 557–586.
  19. ^ Medvigy, D., vd. "Ekosistem işlevinin ve dinamiklerinin uzay ve zamanda mekanik olarak ölçeklendirilmesi: Ekosistem Demografi modeli sürüm 2." Jeofizik Araştırmalar Dergisi: Biogeosciences (2005–2012) 114.G1 (2009).
  20. ^ Zeng, Ning (Eylül 2003). "Buzul-buzullar arası atmosferik CO2 değişimi - Buzul cenaze töreni hipotezi". Atmosfer Bilimlerinde Gelişmeler. 20 (5): 677–693. doi:10.1007 / BF02915395.
  21. ^ https://www.atmos.umd.edu/~cabo/CABO.html
  22. ^ http://www.ccsm.ucar.edu/
  23. ^ "Arşivlenmiş kopya". Arşivlenen orijinal 2008-11-11 tarihinde. Alındı 2008-11-23.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  24. ^ http://www.jchmr.org/jules
  25. ^ "Arşivlenmiş kopya". Arşivlenen orijinal 2007-11-20'de. Alındı 2009-04-29.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  26. ^ Farquhar GD, von Caemmerer S, Berry JA (1980) Fotosentetik CO'nun biyokimyasal modeli2 C yapraklarında asimilasyon3 Türler. Planta, 149, 78–90.
  27. ^ Collatz GJ, Ribas-Carbo M, Berry JA (1992) C4 bitkilerinin yaprakları için birleştirilmiş fotosentez - ağıza ait iletkenlik modeli. Avustralya Bitki Fizyolojisi Dergisi, 19, 519–538.
  28. ^ Collatz GJ, Ball JT, Grivet C, Berry JA (1991) Stoma iletkenliği, fotosentez ve terlemenin fizyolojik ve çevresel düzenlemesi: laminer bir sınır tabakası içeren bir model. Tarım ve Orman Meteorolojisi, 54, 107–136.
  29. ^ Jarvis P (1976) Tarladaki kanopilerde bulunan yaprak suyu potansiyeli ve stoma iletkenliğindeki değişikliklerin yorumlanması. Royal Society of London B Serisi'nin Felsefi İşlemleri, 273, 593–610.
  30. ^ Stewart JB (1988) Çam ormanının yüzey iletkenliğinin modellenmesi. Tarım ve Orman Meteorolojisi, 43, 19–35.
  31. ^ Leuning R (1995) C için bir kombine stomatal-fotosentez modelinin kritik bir değerlendirmesi3 bitkiler. Bitki, Hücre ve Çevre, 18 (4), 339–355.
  32. ^ Haxeltine A, Prentice IC (1996) Birincil üretimin ışık kullanım verimliliği için genel bir model. Fonksiyonel Ekoloji, 10 (5), 551–561.
  33. ^ Cox PM, Huntingford C, Harding RJ (1998) Bir GCM kara yüzeyi şemasında kullanım için bir kanopi iletkenliği ve fotosentez modeli. Hidroloji Dergisi, 212–213, 79–94.