进展:区域建模视角探究三江源不同冻土区NPP时空变化特征

 气候变暖引发的多年冻土退化会干扰高寒生态系统的稳定性并影响NPP的积累。位于青藏高原东部的三江源地区有“中国水塔”之称,生态系统脆弱,下伏着大面积的不稳定的高温多年冻土。尽管前人已经进行了一些站点研究,但整个区域对气候变化背景下不同冻土类型区NPP的时空变化仍然了解甚少。鉴于此,不同于之前研究采用半经验或生态等不能描述冻土物理过程的模型,PermaLab团队选用了既包含水热传输过程又包含碳循环和植被动态过程的Noah- MP 陆面过程模型来模拟1989-2018年三江源地区的NPP动态变化。

模拟结果表明:

  1. Noah-MP能够有效地模拟三江源地区NPP的时空变化。模拟结果与实测结果吻合较好,土壤温度和土壤水分的纳什系数(NSE)和效率系数(R)值均在0.80以上,GPP的NSE和 R值在0.75以上。
  2. 1989-2018年,三江源地区的NPP以1.09 g C m−2yr−2的速度增长。 NPP在前15年(1989-2003) 快速增长,但在2004年以后的15年显著下降。(图1)
  3. 1989-2018年,三江源季节性冻土区的年平均NPP (299.7 g C m−2yr−1) 远高于多年冻土区 (198.5 g C m−2yr−1), 但是,多年冻土区NPP的增长速率为1.43 g C m−2yr−2,远高于季节性冻土区NPP的变化速率(0.67 g C m−2yr−2)。在发生多年冻土退化的地区,NPP既有增加的变化,也有减少的变化。(图2)
图 1 1989 – 2018年三江源地区模拟的NPP(A)、气温(B)和降水(C)的年际变化。灰色、橙色和蓝色虚线分别代表1989 – 2018年、1989 – 2003年和2004 – 2018年的趋势线。CR: NPP(g C m−2yr−2)、气温(℃ yr-1)和降水(mm yr-1)的变化率。
图 2 2018年三江源冻土分布类型 (A),不同冻土类型NPP的年际变化(B),1989-2018年多年冻土区的NPP变化率(C),季节性冻土区NPP的变化率(D),多年冻土区(E)和季节性冻土区(F) NPP变化趋势的显著性检验;I、II、III分别代表黄河、长江和澜沧江。(B)中的灰色虚线代表1989年至2018年的趋势。CR: NPP的变化率(g C m−2yr−2)。(E,F)中的空白区域表示p值>0.1。

该工作以“Spatiotemporal characteristics of NPP changes in frozen ground areas of the Three-River Headwaters Region, China: a regional modeling perspective” 为题发表在“Frontiers in Earth Science” 期刊上,受第二次青藏高原科考和国家自然科学基金资助。/文:胡佳楠;核:南卓铜

下载:https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2022.838558/full,Open Access,可以自由下载。

引用: Hu J, Nan Z* and Ji H (2022) Spatiotemporal Characteristics of NPP Changes in Frozen Ground Areas of the Three-River Headwaters Region, China: A Regional Modeling Perspective. Front. Earth Sci. 10:838558. doi: 10.3389/feart.2022.838558

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