陆地水电呆呆的和植被反馈

总结

反馈过程在陆地上是至关重要的理解气候响应对土地及其对人类的影响。raybet雷竞技最新水文和能源循环的反应在陆地上发挥重要作用在确定气候变化的影响raybet雷竞技最新水资源、碳储量和农业,然而这些反应不同气候模型之间的差别很大。raybet雷竞技最新不幸的是,基本气候过程,如land-atmraybet雷竞技最新osphere系统昼夜变化的响应日晒不足在当前气候模型模拟。雪和冰融化和它们相关的水文模拟和辐射后果往往不佳,和动态植被模型还处于早期阶段。

我们推荐一个综合的分析,日和年周期的能源、水(各个方面),并通过大气碳预算在陆地表面和边界层不同生态系统和气候制度,包括管理灌溉农田生态系统。这analysis-aimed改善理论理解和模型parameterizations-needs充分整合土地和大气过程和使用精心设计的观测指标来测试建模过程,必须健全面对时变地表属性。持续多年对陆地生态系统的观察,他们的功能,,应鼓励他们在气候系统中的作用,为发展和完善面向流程的植被模型用气候模型。raybet雷竞技最新

陆地水文

全球,年平均表面温度是应用最广泛的一阶气候变化的措施。raybet雷竞技最新然而,在评估气候变化的影响的水平衡土地至少是同样重要的。raybet雷竞技最新地面水文变化等人类的需求是很重要的饮用水、卫生、农业、交通和能源供应。这些变化也很重要对土地自然生态系统的反应人类活动导致的气候变化。raybet雷竞技最新变量用来测量表面水平衡的变化降水、蒸发、径流率,以及土壤和地表水储存。这些量与温度、风、云、植被特征、气候系统和其他变量。raybet雷竞技最新

这个报告的主要兴趣陆地水文学是其在气候变化的反馈作用。raybet雷竞技最新在热带地区,土地之间的交互水文、植被和地表能量平衡可以促进反馈机制,可能导致扩张或收缩的沙漠,例如。在中纬度地区冬季降雪之间的交互,春天融雪,夏季对流可能导致潜在的水资源在生长季节的变化,农业可能构成实质性威胁。融雪早些时候会导致更多的快速干燥,夏季降水减少,增加表面温度。这些反馈和回应的中纬度地区陆地水文气候变化和全球变暖是高度不确定的。raybet雷竞技最新更好的特征或减少不确定性预测陆地水文响应的全球变暖将有重要意义发展的缓解和适应战略。

土壤之间的反馈水,蒸发、降水和径流是水文循环的一个组成部分在土地、植被的相互作用和冰冻的水文(地面和雪)在高纬度地区,影响反照率和水蒸发的可用性。raybet雷竞技最新全球气候变化,全球温室气体的增加,不同地区对水文循环的影响,跨纬度和跨大洲。目前我们的区域预测的信心受到缺乏了解降雨蒸发过程和反馈控制的区别,在陆地(基本是水文循环的长期漂移)和海洋(它是一个关键组件影响地表能量收支和温盐环流的变化)。提高信心在地区温度和淡水资源的预测也紧密联系更好的理解表面之间的耦合过程和大气边界层。

除了上面的问题,最近的估计,世界上超过30%的放电的河流是积极管理。这发生在大约40000个大的水坝的建设和导流结构,已能够改变世界主要河流的水文政权和可能全球水循环。之间的反馈的管理部分陆地水循环和其他组件不受关注,但具有潜在的重要,因为水管理自然成因的影响远远超出预计是由气候变化引起的。raybet雷竞技最新这些变化在已知大型河流的放电制度改变了海洋环流河口附近的河口,也许在更大的尺度。此外,植被变化,其中许多有关水资源管理,已知造成的变化在当地自行车land-atmosphere水分的系统(例如,Stohlgren et al ., 1998),和人为的土地覆盖的变化由于管理已被证明有影响在全球尺度(Chase et al ., 1996年,2000年)。

减少模型的不确定性可以通过改进实现理解和预测区域水文循环的长期漂移。这些改进是在年代际时间尺度预测生态系统动力学的基础。目前,全球模型耦合的区域对未来趋势的预测有很大的差异在水文循环。美国水循环倡议(USGCRP, 2001)概述了几个重要的科学目标,改善我们的能力模型需要解决全球和地区水循环。重点研究工作需要改善这些模型。

从科学的角度来看这一领域的研究进展的时机已经成熟。事实上,在过去的五年中已经取得了相当大的进展了解土壤水分的反馈,进行土壤水分测量和地表数据同化系统的发展,间接提供大陆全球尺度上土壤水分字段。未来的挑战是合成的,因为水循环扮演这样一个核心作用,它直接与气候系统的相互作用,特别是对土地和能源和碳循环。raybet雷竞技最新

土壤水陆地水文反馈反馈的概述

可用土壤水的陆地表面水库水库与大海相比非常小,一般为0.1 - -0.6米的水。然而,他们的作用是至关重要的气候在土地表面因为蒸发蒸腾作用和表面附近土层的水提取的植物从根区raybet雷竞技最新地表能量平衡的重要组成部分。湿土壤每日平均博文比(明智的潜热通量的比值)可能是0.5,而在干燥的土壤植被时的经历水的压力鲍恩比例可能超过1。反过来增加蒸发在潮湿的土壤可以降低最高表面温度几度。

反馈是因为表面蒸发增加大型陆地区域产生降水的增加(例如,Beljaars et al ., 1996),保持土壤水分水平。这主要是一个温暖的季节,潮湿的热带区域。在整个大陆,降水-蒸发(次)是积极的,新鲜水的径流有助于海洋。相应地E-P海洋上空的是积极的。然而,P, E之间的平衡有很大的不同,这两个时空上。季风发行量精矿水分从海洋到陆地的通量。在大区域的土地在夏天从夏季季风(远程)P是更紧密地与大肠的平衡也有大冬季降水增加了土壤的季节性周期水库中纬度和高纬度地区积雪,这是画在春季和夏季径流和蒸发。降水和云的昼夜循环也牵涉其中,但因为蒸腾取决于白天太阳辐射(因此涉及到短波批判性云反馈),而平衡温度陆地表面的(这决定了即将离任的长波辐射)也是敏感的云层在长波平衡的影响,尤其是在晚上。

虽然它似乎表明,气候变暖将加速水循环,次的净变化和径流的土地,为特定的地区,特别在温暖的季节仍不确定。高纬度地区冬季降水的可能增加可能会导致积雪和春季径流增加,但影响夏季土壤水分,蒸发和降水仍不确定。

之间的复杂耦合降水、蒸发、土壤水、径流,云计算领域,净辐射平衡,昼夜时间尺度上的植被尚未建模满意目前的气候。raybet雷竞技最新这通常会导致降水的基本昼夜循环中的错误(贝茨和雅克布,2002)。昼夜的时间尺度,与大陆尺度环流动力学和季节性周期,必须准确地建模,这样信心可以分配给土地预测水文变化与全球变暖有关。

Snow-Albedo反馈

其中最重要的气候雪的特点是它的反照率。新鲜的雪完全覆盖表面反照率约为0.8。老化的雪将减少约0.4。雪在绿树环绕的风景反照率约0.2到0.4根据植被类型。

的根本snow-albedo反馈雪下降程度降低了表面反照率,这往往会增加表面温度。这些变化会影响大气环流和行星反照率反过来,会影响后续雪降水和熔化率。这幅画有很多的混杂因素,包括植被和雪年龄的影响。

树木和其它植物可以伸出雪和掩盖其高反照率。因此荒芜地区高反照率当雪在地上比森林。许多气候模型研究发raybet雷竞技最新现,北方森林的存在变暖气候相比,苔原(保安族et al ., 1992;Douville和罗耶,1996)。森林和苔原生态系统也在他们如何净辐射分割成不同明智的和潜热通量。例如,白雪覆盖的反照率差异和相邻无雪森林会导致局部能量发行量与森林平流的能量(例如,泰勒et al ., 1998)

在区域范围内的积雪可能影响热力和动力大气的结构的时间持久,但这些影响是不确定的(叶et al ., 1983)。迄今为止,最强有力的证据之一的积雪和天气反馈是春天气温偏差之间的连接(5-10oC低ECMWF天气预测由于指定的高纬度地区积雪反照率,这是有偏见的高(约0.4)在模型中(Viterbo和贝茨1999)。这个结果证明了大规模的积雪对近地表气温的影响,校正的反照率偏差纠正空气温度偏差。

一般积雪之间的反馈机制的存在范围和大陆——全球范围内天气和气候要求雪过程影响大气的发行量在这些鳞片。raybet雷竞技最新模型结果表明这种效果。例如,亚洲夏季季风降水的年际变化与热带海洋表面温度显著相关,欧亚积雪异常(Bamzai舒克拉,1999;螺旋器et al ., 2000)。

一般来说,目前的模型表示的意思全球积雪相当不错,但代表年际积雪变化不太准确。即使脱机陆地水文模型,强迫与观察到的气象和辐射,倾向于低估了记录观察到的变化。最大的区别在预测模型出现在雪过渡地区。模型在积雪的季节做相当不错但从观察在融化季节有很大的不同,导致不同的预测时间变化的end-of-melt两到三周。这可能影响发病的后续预测植被的活动。

最大的建模相关的挑战雪融化代表亚格子积雪在GCM网格尺度。准确地估计消融积雪反照率的涉及会计雪雪补缀的性质和年龄等因素。的建模效果很好理解,但主要进行了理想化的领域对比并不代表自然景观的变化观察到。自然领域的建模需要高分辨率建模和相应的营力。

在验证模型预测对观测的一个重要问题是观测偏差所导致的仪器的位置在空地和而不同的森林和清除地区雪动力学。

在天平的另一端的频谱全球建模评估雪原气候raybet雷竞技最新反馈已经相当有限,结果显示有雪程度之间的相关性和不连续的区域印度季风降雨。这些研究的范围应扩大到严格诊断大规模雪的影响覆盖在环流和行星反照率。这项工作的一个重要组成部分是白雪覆盖的表面边界层之间的耦合和上覆的气氛。

的建模融化的雪在春天是很重要的正确模拟雪的气候反馈的作用。raybet雷竞技最新融雪建模的关键问题包括

•提高时空分布的雪。积雪期间大多数模型预测问题很大程度上是由于降水和温度表面强迫,而雪消融时期贫穷雪模型预测更密切相关的模型参数化相关的表面能量转移。

•评估错误的时空。有一个需要评估和提高数据的质量;使用这些数据错误诊断研究重点在地区和大陆尺度瞬态区域;和更好地利用离线评价方法。

•发展更好的全球数据库模型参数(例如,表面粗糙度,植被太阳辐射灭绝,郁闭,积雪分布函数)。

•为离线开发点或小面积数据集模型评价一系列雪气候学和植被类型,和评价新模型的参数化。

植被的反馈

陆地植被的传统观点是,社会生态系统组成和结构是由气候决定的。raybet雷竞技最新然而,这只是部分生态系统与气候之间的交互。raybet雷竞技最新陆地生态系统影响气候交易所的能源,水,动量,二氧化碳和其他重raybet雷竞技最新要的辐射大气气体。社区生态系统组成和结构的变化改变反照率,表面粗糙度,气孔生理学、叶面积、深度、加油和养分有效性,从而改变地表能量通量,水文循环和生物地球化学循环。因此,生态系统结构和功能的变化,更换一个生态系统在应对气候变化与另一个反馈raybet雷竞技最新影响气候raybet雷竞技最新。的IPCC焦油已经确定了土地覆盖的变化作为一个潜在的重要的气候反馈。raybet雷竞技最新

大多数的研究植被的反馈都集中在biogeophysical流程相关的能量、水分和动量交换与大气。生物地球化学反馈现在才被纳入气候模型(考克斯et al ., 2000;raybet雷竞技最新Friedlingstein et al ., 2001)。本文主要关注biogeophysical反馈,考虑到连续的流程和时间尺度从生理(分钟)物候(季节)植被动力学(几十年几百年)。

概述植物反馈

气孔的反馈

净辐射的分区合理,由植被潜热通量监管部分树冠电导。研究植物的生理反应短期暴露于增强二氧化碳浓度经常找到降低气孔导度和光合作用更大。raybet雷竞技最新气候模型模拟的气孔导度下降一倍的大气中的二氧化碳经常显示潜热通量下降,增加了显热,表面变暖在大型植被地区夏天(例如,卖家et al ., 1996)。一般来说,二氧化碳加倍放大的生理效应与辐射效应相关的变暖的二氧化碳增加了一倍。

以前的气候模型研究raybet雷竞技最新强调从植被潜在的生理反馈(例如,卖家et al ., 1996)。很可能改变大气中二氧化碳浓度会改变植物的生理和通过这个影响气候。raybet雷竞技最新然而,我们还不能肯定地量化反馈和等级相对于其他气候反馈。raybet雷竞技最新产生不确定性的大小和重要性有几个原因。首先,生理过程操作单个叶片的规模需要扩大的植物叶子然后成千上万的植物景观。观察指导这个比例很少,因为大多数的研究气孔导度及其应对二氧化碳从叶测量。第二,大多数研究研究植物对二氧化碳的短期响应。长期适应高二氧化碳可能改变短期降低气孔导度。第三,在实验室里观察到气孔导度的降低可能没有意识到,许多其他环境因素(如土壤干燥,低营养可用性)也会限制光合作用。最后,大气中的二氧化碳也被改变碳的分配枝叶的生长,茎和根生物量和植物材料的化学质量。这可能影响气候的变化,例如,叶面积的热量和水分与大raybet雷竞技最新气交换或通过改变土壤中储存的碳的数量。

叶面积的反馈

季节性的出现和衰老的叶子上落叶乔木改变反照率和明智的潜热通量,从而改变表面气候,包括温度和蒸腾(Fitzjarrald et al ., 2001;raybet雷竞技最新施瓦兹,1999)。在美国东部,春天的气温是截然不同的树叶出现后(施瓦茨、1992、1996;施瓦茨和卡尔,1990)。这个温度不连续的不到几周与蒸腾叶出现,增加冷却并滋润着空气。类似不同的季节性模式空气温度与缺乏或落叶树木上的叶子被认为在西加拿大中部(何克et al ., 2000)。

因为叶表面在调节气候的重要性,提高叶面积和其物候学的代表在气候模型中实现。raybet雷竞技最新一般来说,较高的叶面积增加蒸发在植被地区夏天提供有足够的土壤水分(例如,Buermann et al ., 2001)。由于表面温度冷却和降水增加。预后模型的树叶的叶面积取决于温度、降水、和植物生产力被包括在模型用于气候模型。raybet雷竞技最新叶子互动的一项研究发现增加空气温度和减少蒸发和降水在北半球的温带地区夏天因较低的叶面积(迪金森et al ., 1998)。

与气孔,叶面积必须被视为一个“已知的未知”的大小和重要性作为一个气候的反馈。raybet雷竞技最新观察温度和叶物候学显示温度的变化与叶出现,但预后叶物候学是一个新的陆地表面过程模型。没有长期的气候模型实验来证明这个反馈的鲁棒性气候模型或确定关键raybet雷竞技最新生态过程之间的耦合调节叶面积raybet雷竞技最新climate-vegetation模型。

生物地理学的反馈

自然植被的变化随着时间的推移,在反复出现的干扰以及对气候变化的反应。raybet雷竞技最新火灾、虫灾,暴风杀死大片的树木植被恢复和生态系统恢复的启动过程称为植物演替。森林,例如,可能会经历从裸露的地面连续变换草本物种灌木年轻森林成熟森林火灾。raybet雷竞技最新气候变化可能,例如,把一个森林,草原是叠加在这接连的发展。这植被动力学和改变从一个植被类型到另一个改变众多表面反照率等属性,粗糙,气孔生理学、叶面积、深度和加油这样做可以改变气候。raybet雷竞技最新

植被动态变化对气候的影响是区域性萨赫勒地区的北非和北方森林苔原过渡带。raybet雷竞技最新降水范围向北发展的草本植物和灌木撒哈拉沙漠。温度限制了北部树木在苔原的程度。在这两个地区气候模型模拟显示放大的植被气候应raybet雷竞技最新对降水和温度的变化。草和灌木到沙漠的扩张反应增强的夏季降水导致更多的降水(Claussen et al ., 1999;de Noblet-Ducoudre et al ., 2000;Kutzbach et al ., 1996)。北方森林变暖的气候相比,苔原由于森林的冬季低反照raybet雷竞技最新率(保安族et al ., 1992;福利et al ., 1994)。

全球植被模型已经开发允许的互动耦合raybet雷竞技最新气候和植被。一种方法,称为异步平衡耦合,利用气候之间的关系和生物地理学交互改变植被(Claussen, 1994)。raybet雷竞技最新raybet雷竞技最新气候模拟初始植被。这种气候在raybet雷竞技最新生物地理学中使用模型来模拟植被的地理分布。这张地图然后输入气候模型来获取新的气候。raybet雷竞技最新raybet雷竞技最新气候以这种方式重复几次,直到一个稳定的解。另一种类型的模型,称为全球动态植被模型,明确植被模拟瞬态动力学(Foley et al ., 1998年,2000年)。

耦合climatraybet雷竞技最新e-vegetation模型表明,植被反馈放大了气候对太阳辐射和大气中的二氧化碳。例如,寒冷的气候由于减少太阳辐射和降低大气中的二raybet雷竞技最新氧化碳大约115000年前本身是不够的,发起一个冰河时代。然而,减少相关的地理范围北方森林和苔原的扩张由于寒冷气候产生额外的冷却,就足以发起一个冰河时代(de Noblet et al ., 1996)。raybet雷竞技最新耦合climatraybet雷竞技最新e-vegetation模型突出的重要性山林在加强冷高纬度地区的气候raybet雷竞技最新最后的冰川最大21000年前和6000年前的高纬度地区变暖(Kubatzki Claussen, 1998;李维斯et al ., 1999;Texier et al ., 1997)。其他研究表明,植被的地理范围的变化提高轨道诱导夏季季风6000年前在北非(de Noblet-Ducoudre et al ., 2000;多尔蒂et al ., 2000;Texier et al ., 1997)。大气中的二氧化碳含量的两倍工业化前的水平可能会导致生态系统结构和功能的改变,以应对改变温度、降水、和CO2施肥。raybet雷竞技最新气候模拟耦合climate-vegetation模型显示大型气候变化导致植被的变化(贝茨et al ., 1997年,2000;李维斯et al ., 2000)。

与气孔和叶面积,将互动植被气候模型相对较新。raybet雷竞技最新最初使用这些模型显示了潜在的大反馈与气候。raybet雷竞技最新未来的工作必须证明这些反馈的鲁棒性,降低了这些模拟的不确定性。

关键方面所需的研究战略讨论如下。

制定一个科学的战略

如前面的小节所述,一些潜在的反馈之间存在植被和气候,包括辐射(反照率),生理(气孔),micrometeorological(明智的和潜热),水文(雪,土壤水分),生物地球化学(二氧化碳和其他raybet雷竞技最新温室气体)和生态(叶面积、生物地理学)。这些通常被视为独立的研究领域。特别是,我们理解基本的植被过程及其在气候模型包含遭受广泛的多学科范围的潜在相互作用。raybet雷竞技最新没有一个协调的研究议程理解和他们潜在的反馈模型。

我们仍然缺少所需的简化理论模型推广我们的理解之间的反馈耦合能量和水的循环在不同的气候制度。理论工作的昼夜循环耦合land-surface-convective边界层系统对不同生态系统和季节将导致改进的理解这个基本气候控制云,辐射,在陆地上和水的循环反馈。此外,更多的工作在土壤水分的耦合,抗蒸发,提高冷凝的水平,和云基地(可见从地面激光雷达测云仪)将深化我们对陆地表面的理解,土壤水分控制大气半饱和云、降水。理论工作反馈和其他生态系统之间的相互作用,生物地球化学和hydroclimatic过程在一个非常广泛的时间和空间尺度也需要进一步发展。

进步在理解陆地反馈主要依赖于系统分析的数据生成的先进,综合观测数据集,小心耦合建模系统的测试和改进。进步在理解过程中负责陆地水文和植被反馈可以极大地促进项目的集成昼夜的观察和分析季节性周期能源、水和碳预算在陆地和大气边界层。此外,长期年际生态系统和水文变化的测量和分析是很重要的。

地面反馈研究的一个重点应该放在提高动态植被气候模型的参数化。raybet雷竞技最新这项工作必须把能源、水、碳和营养作为一个系统而不是惩戒组件。观察必须更好地理解自然过程,提高了参数化和测试参数化的耦合模型。通过系统地关注这个联合观测和建模问题,各种科学社区监测,研究,和陆地植被模型可能促使向更好的整合在硕士一样,耦合模型导致大气和海洋科学的一体化。

如下面所讨论的,一个全球网络的表面通量塔网站存在(Baldocchi et al ., 2001),但许多分析有一个狭窄的关注,例如,网站的碳平衡而不是完整的能源、水、和碳平衡及其耦合边界层,及其云领域。很少例如网站衡量边界层高度、结构、云底和云量(即使可以远程的)或土壤水分剖面。然而,光合作用过程是紧密联系的土壤水文,表面能量平衡(这取决于云和辐射场,无论是直接或分散),以及耦合到边界层昼夜循环。我们的能力来衡量(流量)和夜间稳定边界层模型仍不满意,和进步可能需要仔细研究的耦合水,能源和二氧化碳预算。

因此,综合分析评估和完善模型表示的物理过程影响昼夜,季节性,和年际周期,使用领域网站的详细数据,以及常规观测和简化模型。

观察

也许最基本问题的理解植被反馈是缺乏全球数据集在气候模型来评估现有陆地表面过程。raybet雷竞技最新除了理解陆地气候反馈的关键,至关重要的生态系统的观测变量,如raybet雷竞技最新生物群落类型、净初级生产和碳存储,集成商的气候,因此有价值的诊断措施模拟表面气候模型的整体能力。raybet雷竞技最新不幸的是,现有的观测工作达不到所需要的。

横笛等领域项目(第一个国际卫星地面气候学项目现场试验),北风之神(北方生态系统大气研究),LBA(亚马逊的大规模Biosphere-Atmosphere实验)提供塔通量数据(例如,显热、潜热、二氧化碳),但只对特定的地区。包含互动植被提供了额外的生态数据,如净初级生产、碳储存,叶面积和生物地理学,测试气候模型。raybet雷竞技最新

永久塔的AmeriFlux网络允许持续多年的观察特定生态系统(Wofsy和霍林格,1998)。这是一个全球网络的一部分被称为FLUXNET (Baldocchi et al ., 2001)。然而,没有广泛的多学科关注的横笛,北风,或LBA这些塔网站缺乏辅助水文和生态数据的套件需要理解和观察到的通量模型。大多数塔网站不包括完整的测量和分析能源、水、和碳平衡及其耦合边界层,及其云领域。我们建议这些网站扩大他们的重点包括这样的互动,这是很重要的在边界层气候模型的规模。raybet雷竞技最新

美国国家科学基金会的长期生态研究(lte)计划允许最长的(在某些情况下多十年)持续的观察特定的生态系统。这些网站已经选择的范围全球生物群落(例如,苔原,北方森林,草原,沙漠)。研究的重点是明显的生态,强调社区组成、生态系统结构,及其对环境变化的反应。一些网站(例如,哈佛森林)。

对陆地生态系统的观察,他们的功能,他们的角色在气候系统必须持续多年时间如果他们的最大使用面向流程的开发和改进植被模型用气候模型。raybet雷竞技最新这种观察网站的网络跨越全球生物群落的范围是可取的。这表明AmeriFlux和lte项目之间的协调是很重要的,来帮助确保观察到一组不同的生物群落。

测量使用飞机,比如最近的水晶和眼镜蛇研究,还应该用来帮助诊断能力的全球模型来模拟水的预算,对流域和主要生态系统能量,碳大陆规模。这工作应该包括一个紧密集成的土地和大气测量和数据同化与气候建模。raybet雷竞技最新

开发观测基础上改进和测试模型,建模和遥感社区都必须共同努力,更好的定义可观测植被参数通过卫星和建模的关键植被气候系统的反馈。raybet雷竞技最新的一些参数从这些社区之间的对话叶面积及其生物气候学。多年的叶面积指数数据集已经和正在开发用于气候模型(例如,Buermann et al ., 2001)。raybet雷竞技最新可以使用这些数据产品规定的叶面积或验证预后叶面积(迪金森et al ., 1998年,Buermann et al ., 2001)。另一个关键新兴数据产品部分树木覆盖,也可以用作输入和验证的模型(保安族et al ., 2002)。持续监测这些参数和扩展这些记录在过去应该鼓励允许建模社区量化气候的植被迫使。raybet雷竞技最新在全球范围内主要采用卫星数据产品,如叶面积指数,必须至少每月的时间分辨率的最大使用在改善气候模拟和测试。raybet雷竞技最新此外,产品应继续扩大的数据记录,帮助更好的占叶面积的年际变化。

大部分的全球评估表面气候仍然是基于米空气温度,湿度,压力,风,和从站观测降水插值。raybet雷竞技最新然而,许多表面水和能源的重要组成部分的预算不定期测量,在选定的实验地点和一些测量可能不是免费的公共领域。的短波和长波辐射余额只有在相对较少的基线记录辐射测量站点,虽然卫星表面短波的估计资产取得了相当程度的准确性。合理的表面通量和潜热(连同辐射平衡的一些组件)测量通量塔在50或更多网站在全球范围内,尽管并不是所有的这些数据都是自由访问。发展这些测量在精心挑选的植物给区域平均(,说,蒸发)却并非易事。估计区域蒸发可以通过流域水文模型观测的降水和河川径流。然而,区域降水的估计只能来源于点雨量规和校准雷达,可用,或从卫星检索。因此降水估计也有相当大的不确定性和可能偏向低降水时冻结。

重要的地下的变量,比如土壤温度和土壤水分,也不是经常测量,虽然他们正在测量在一些重要的网络,如俄克拉荷马Mesonet和一些AmeriFlux网站。测量表面土层的冻融现在可能从卫星微波传感器,但是这个产品还没有经常可用。卫星可以测量积雪,但重要的测量雪水当量仍然会带来问题。的所有卫星测量土壤和地面层有困难森林的树冠

发展全球土壤水领域一个有前途的方法是土地的扩展数据同化系统(lda)开创了美国国家环境预报中心(NCEP)的区域“埃塔”模型。目前,两组(一个在美国,一个在欧洲)正在开发一种全球lda,使用卫星和地面数据的提供表面辐射预算和降水离线land-surface-vegetation——需要力量水文模型,这将给地下温度和水分。全球合作是必要的因为不是所有必要的数据已经被自由地共享实时在过去。未来的可用性从卫星全球近地表土壤湿度的地图将提供更多有用的输入。

建模

因为许多的关键变量,特别是表面下,全球不测量,表面温度、土壤水分、地表能量平衡数据同化系统在很大程度上是一个完全耦合的land-surface-vegetation的产物大气模型,经常受到观察到的大气温度和湿度的昼夜循环在地表附近。在预测和气候模型计算出的陆地边界raybet雷竞技最新条件取决于大量的参数化的子,都是高度耦合,倾向于表现出相当大的相互之间的差异,与观测。这些模型中的变量之间的关系是复杂的,因此缺乏知识一个领域可以有级联效应。例如,表面辐射预算取决于云领域的模型参数化(没有明确解决在全球模型),而云领域依赖于动力学和水分场反过来取决于水分传输和地表蒸散。土壤水分模型不仅取决于降水和蒸发(耦合光合作用),但也在地下水文,这是强烈依赖于横向非均质性。

陆地表面之间的基本联系水文过程,云,和降水在全球模型依赖于参数表示的亚格子尺度边界层和积云对流。不存在完全满意的参数化对流云团,通常有组织的未解决的50公里尺度上和下面。边界层参数化通常是相当独立的(不同的正式关闭)和低耦合对流参数化在大规模数值模型,当在本质上是一个光滑连续昼夜循环。土地在热带地区,例如,随着边界层日出后浅云迅速形式,深化浓积云,然后组织成沉淀云带,生产范围广泛的和中期高级云,所有这些影响表面辐射的昼夜循环预算的同时他们影响地表水文预算。从气候角度对流raybet雷竞技最新的昼夜循环中扮演一个重要的角色在短波和长波云反馈在第三章讨论。云解决模型在第三章提出了一个工具来解决其中的一些基本的未解决的问题之间的相互作用不同时间和空间尺度,尽管尚不可能同时解决这两个边界层云和深对流。全面描述和可能减少不确定性水文循环的主要气候模型需要持续努力在合成和严格的诊断,跨越所有建模理论,观察社区。raybet雷竞技最新

许多地区的动态植被模型,对模拟至关重要的长期生物和气候之间的反馈,仍在快速发展阶段。raybet雷竞技最新测试新兴预后将重要生态系统和叶物候学算法耦合climate-vegetation-land-surface模型中使用现有的数据和前面几节中概述的新数据源。raybet雷竞技最新

许多反馈与植被发生在长时间尺度(世纪)可以与现有的观测系统观测。古气候的研raybet雷竞技最新究是一个重要的活动了解植被对气候的反馈。最后一个冰川最大和6000年现在之前已成为重点研究的关键时期证明包含互动植被改善模拟环境。raybet雷竞技最新古气候的研raybet雷竞技最新究必须结合实际上是至关重要的实现,测试和改进的动态植被气候模型。社会应该努力定义标准古气候实验(例如,去年冰川最大,6000安塞)用于评估耦合climate-vegraybet雷竞技最新etation模型并突出显示特定的植被反馈的重要性(例如,森林苔原过渡带,绿色撒哈拉沙漠)。

评估进展

一个明确的指标进步在未来十年将我们的地球系统模型的准确性可以繁殖,例如,观察到的昼夜和季节变化的水文循环。短期的变化模式,如日,甚至几年度周期中表现很好,而年际变化需要延长统计期。再分析过去的40到50年的大气数据现在是可用的(新的可利用的进步)。过去几十年的水文记录也被全球使用的合成。网站流量数据记录接近十年的长度。大约5%的准确度的关键术语表面水文预算(降水和蒸发)将是一个现实的未来十年的目标。

气候模型成功的繁殖能力的陆地碳raybet雷竞技最新循环提供了一个明确的指标评价植被模型的进展。碳循环集成在温度、降水、能量通量,水文循环和这些在各种生态过程的影响。塔通量数据,辅助生态数据,采用卫星数据产品,并测量大气二氧化碳提供丰富的关键数据的约束和评价模拟碳循环。

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