代表性研究成果名称	中国陆地生态系统过程的模型模拟与集成分析
基础类或应用基础类或基础性类	基础性类
完成单位署名排序	1
本室参加的固定人员名单	曹明奎，李克让，徐明，黄玫，陶波，刘洪升，于强，李俊，莫兴国，林忠辉
是否保密	否
生态系统模型在研究区域和大尺度生态学问题上，尤其是生态系统的时空动态方面有着其它研究手段不可替代的优势。本实验室在引进和改进国外生态及生态水文模型的基础上，发展了具有自主知识产权的针对我国生态系统特点的各类模型，其中引进模型20余个、改进12个、自主开发3个。通过对模型改进、应用和集成，围绕生态系统碳循环和生态过程耦合取得了一系列成果，其中包括一项国家自然科学二等奖（列第二申报单位，第二、三完成人）。 首先回答了我国陆地生态系统在过去20年是碳源还是汇的问题。CEVSA模型的模拟结果发现中国陆地生态系统从1980年代到1990年代是一个弱的碳汇，陆地碳汇与降水量密切相关，中国北方持续干旱和增温不利于陆地固碳。对未来的模拟（AVIM2模型）结果表明，中国陆地生态系统在21世纪仍将是一个弱碳汇，通过模型分析发现这主要是来自大气二氧化碳的施肥效应；若不考虑CO2的施肥效应，大约到2020年我国陆地生态系统就将由21世纪初的碳汇变成碳源，说明气候变化本身会降低我国陆地生态系统未来的固碳能力，削弱生态系统的服务功能。 其次，通过过程模拟（AVIM2模型）发现，我国南方红壤区人工造林前7年会降低土壤碳库约20％，之后土壤碳库逐渐增加，大约20年后生态系统的碳储量达到造林前的两倍。这一结论改变了过去国际上关于“京都森林”固碳效率的长期争论，被Nature杂志作为“最新研究亮点”专门报道和评述，用来讨论造林对土壤碳库动态影响这一复杂的科学问题。同时这一结论对我国发展碳汇林业和参与国际气候变化谈判具有重要科学指导意义，因为我国人工林占全球人工林面积近三分之一，而森林土壤储存着全球陆地生态系统约80％的有机碳。 通过改进了国际上著名的Feddes根系吸水模型和BWB气孔模型，提出了光合作用的光抑制模型，首次系统地分析了光合作用日变化中引起光合‘午睡’的气孔因素和非气孔因素的作用。将气孔导度模型引入到Thornley光合模型，整合了经典的Jarvis模型和Ball-Berry模型，并提出了新的气孔模型。在模型改进的基础上开发了综合考虑作物生长、水热传输等过程的农田生态系统模型。利用开发的模型研究了黄淮海地区气候条件对作物生产力的影响，并得到与这一地区高产试验较为一致的分析结果。其中的光合作用模块被美国农业部农业研究局大平原系统研究所开发的农业系统模型根际水质模型RZWQM采用。在改进和开发上述模型的基础上，结合田间试验和模型分析揭示了潜在蒸散量的随机过程特性，构建了作物根系层土壤储水量动态变化的Fokk-Planck方程，原创性地提出了农业土壤墒情预报新方法，为高效稳产农业提供了新途径。 本项研究获国家自然科学二等奖一项，共发表论文168篇，其中SCI论文78篇。

 

成果佐证清单：

1)国家自然科学二等奖获奖证书

2)Qiang Y, Wang E L, Smith C J. 2008. A modelling investigation into the economic and environmental values of 'perfect' climate forecasts for wheat production under contrasting rainfall conditions. International Journal of Climatology, 28, 255-266

3)Lu P L, Yu Q, Liu J D, et al. 2006. Advance of tree-flowering dates in response to urban climate change. Agricultural and Forest Meteorology, 138, 120-131

4)Zhang Y Q, Liu C M, Lei Y, et al. 2006. An Integrated Algorithm for Estimating Regional Latent Heat Flux and Daily Evapotranspiration. International Journal of Remote Sensing, 27(1): 129-152

5)Li R Q, Dong M, Zhang L L, et al. 2007. Assessment of water quality and identification of pollution sources of plateau lakes in Yunnan (China). Journal of Environment Quatlity, 36, 291-297

6)Wang E L, Yu Q, Wu D R, et al. 2008. Climate, agricultural production and hydrological balance in the North China Plain. International Journal of Climatology, 28(14): 1959-1970

7)Zhang Y Q, Liu C M, Yu Q, et al. 2004. Energy fluxes and the Pristley-Taylor parameter over winter wheat and maize in the North China Plain. Hydrological Processes, 18, 2235-2246

8)Li H B, Robock A, Liu S X, et al. 2004. Evaluation of Reanalysis Soil Moisture Simulations Using Updated Chinese Soil Moisture Observations. Journal of Hydrometeorology, 6, 180-193

9)Zhang Y, Xu M, Chen H, et al. 2008. Global pattern of NPP/GPP ratio derived from MODIS data: effects of ecosystem types, locations and climate. Global Ecology and Biogeography, DOI: 10.1111/j.1466-8238.2008.00442.x

10)　  Fang Q X, Ma L W, Yu Q, et al. 2008. Modeling nitrogen and water management effects in a Wheat-Maize double-cropping system. Journal of Environmental Quality, 37 (6): 2232-2242

11)Mo X G, Keith Beven. 2004. Multi-objective conditioning of a three-source canopy model for estimation of parameter sensitivity and prediction uncertainty. Agricultural and Forest Meteorology, 122, 39-63

12)Yan H M, Cao M K, Liu J Y, Bo Tao. 2007. Potential and sustainability for carbon sequestration with improved soil management in agricultural soils of China. Agriculture, Ecosystems and Environment, doi:10.1016/j.agee.2006.11.008

13)Flerchinger G N, Yu Q. 　　 2007. Simplified expressions for radiation scattering in canopies with ellipsoidal leaf angel distributions. Agricultural and Forest Meteorology, 144(3-4): 230-235