双集合卡尔曼滤波LAI同化结合BEPS模型的竹林生态系统碳通量模拟

摘要：

叶面积指数(LAI)是森林生态系统碳循环研究的重要观测数据,也是驱动森林生态系统模型模拟碳循环的重要参数.本文以毛竹林和雷竹林为研究对象,首先利用双集合卡尔曼滤波,同化两种竹林生态系统观测站点2014-2015年MODIS LAI时间序列数据,然后将同化的高质量毛竹LAI和雷竹LAI作为输入数据驱动BEPS模型,模拟两种竹林生态系统总初级生产力(GPP)、净生态系统碳交换量(NEE)和总生态系统呼吸(TER)等碳循环数据,并用通量站实际观测值评价模拟结果;另外,还对比不同质量LAI对碳循环模拟的影响.结果表明:双集合卡尔曼滤波同化得到的毛竹林和雷竹林LAI与实测LAI之间的相关关系极为显著,R2分别为0.81和0.91,且均方根误差和绝对偏差均较小,极大地提高了MODIS LAI的产品精度;在同化得到的LAI驱动下,BEPS模型模拟的毛竹林GPP、NEE和TER与实际观测值之间的R2分别为0.66、0.47和0.64,雷竹林分别为0.66、0.45和0.73,模拟结果均好于三次样条帽盖算法平滑LAI模拟得到的GPP、NEE和TER,其中,毛竹林、雷竹林NEE的模拟精度提高幅度最大,分别为11.2％和11.8％.

关键词：竹林、碳通量、LAI同化、双集合卡尔曼滤波、BEPS模型

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资助基金：本文由浙江省杰出青年科学基金项目LR14C160001、国家自然科学基金项目31670644,31370637,31500520、浙江省自然基金项目LQ15C160003、浙江农林大学农林碳汇与生态修复研究中心研究基金项目和浙江省林学一级重中之重学科学生创新计划项目201511资助; The work was supported by the Natural Science Foundation for Distinguished Young Scholars of Zhejiang Province LR14C160001,the National Natural Science Foundation of China 31670644,31370637,31500520,the Natural Science Foundation of Zhejiang Province LQ15C160003,the Research Center of Agricultural and Forestry Carbon Sinks and Ecological Environmental Remediation,Zhejiang A&F University,and the Key Discipline of Forestry of Creative Technology Project of Zhejiang Province 201511.

在线出版日期：2017-01-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：3797-3806