夏建阳教授研究团队在《Journal of Climate》揭示了地球系统模式中的陆地碳储量不确定性在近十年中的演变特征

2022年5月11日，国际著名期刊Journal of Climate在线发表了华东师范大学生态与环境科学学院夏建阳老师课题组魏宁博士生题为“Evolution of Uncertainty in Terrestrial Carbon Storage in Earth System Models from CMIP5 to CMIP6”的研究成果。该研究结合观测数据和溯源性分析框架，对参与第五（CMIP5）与第六（CMIP6）阶段国际耦合模式比较计划的主流地球系统模式开展评估，揭示了地球系统模式中的陆地碳储量不确定性在近十年中的演变特征，发现生态系统碳滞留时间是陆地碳储量模拟不确定性的重要来源。

· 作者简介：

生环学院博士生魏宁为第一作者，夏建阳教授为通讯作者。北亚利桑那大学骆亦其教授与姜丽芬老师对上述工作给予了悉心的指导与帮助。该研究受到了科技部重点研发专项与国家自然科学基金委项目等经费支持。

· 原文链接：

https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/aop/JCLI-D-21-0763.1/JCLI-D-21-0763.1.xml

文章简介：

陆地生态系统的碳储存大约是大气碳含量的三倍，自工业革命以来累计固持了约三分之一的人为碳排放。因此，准确模拟陆地生态系统的碳储量，对于预测和预估陆地碳循环如何响应气候变化具有重要意义。地球系统模式（Earth System Model）是研究气候变化与碳循环反馈作用的重要工具。参与CMIP5和CMIP6研究计划的地球系统模式分别为IPCC第五次（2017年）与第六次（2021年）评估报告提供了重要的模拟与预测预估结果。然而，不同地球系统模式对全球陆地碳储量的模拟结果存在很大的分歧，且从CMIP5到CMIP6持续存在。本研究基于多个全球数据集和溯源性分析（Traceability Analysis）框架，对参与CMIP5和CMIP6的22个ESMs陆地碳储量的不确定性来源进行了诊断分析。

图1. （a）CMIP5和（b）CMIP6地球系统模式中全球陆地碳储量（cLand），净初级生产力（NPP）与生态系统碳滞留时间（τE）的模式间分歧及模式与数据间偏差。

研究结果表明，从CMIP5到CMIP6，地球系统模式对全球陆地碳储量的模拟分歧降低了40.6%，但是两代CMIP模式集合都显著低估了全球陆地碳储量的大小（图1）。通过将陆地碳储量拆分为净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）和生态系统碳滞留时间（Ecosystem carbon residence time, τE），该研究发现CMIP5和CMIP6模型集合都显著低估了，进而导致了模式集合对陆地碳储量大小的低估（图1）。从CMIP5到CMIP6，模式间在NPP上的分歧降低，同时模拟的NPP与观测数据间的偏差减小（图1）。全球尺度的溯源性分解结果显示，在CMIP6成为主导模型间陆地碳储量分歧的重要因子（图2）。总体而言，从CMIP5到CMIP6，地球系统模式引入了更多陆地碳循环过程，降低了不同模式之间在陆地生态系统生产力与碳储量上的分歧。然而，地球系统模式持续低估了陆地碳储存大小与生态系统碳滞留时间，因此未来需要更深入地探究碳元素在生态系统中的时间属性及其动力学理论。

图2. （a）CMIP5和（b）CMIP6地球系统模式间分歧来源的溯源性分析结果。

第一作者宁博士生在美国地球物理学会（AGU）秋季年会上展示其研究结果

编辑 | 卓子晴

审核 | 夏建阳