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洪泛湿地甲烷排放机制与量化评估:进展与挑战
王雪然, 万荣荣, 赵晓松, 李婷婷, 李冰, 杨素
地理科学, 2025, 45(1): 23-35.   DOI: 10.13249/j.cnki.sgs.20230976

模型类型 模型名称 模型模述及优缺点 文献
独立甲烷过程模型 CH4MODwetland 模型基于生物地球物理过程,假设甲烷产生底物来源于植物根系分泌物和有机物的分解,对沼泽、泥炭地和沿海湿地的预测精度较高,但在南美和非洲湿地的模拟结果略差 [73]
Vegetation Integrative SImulator for Trace gases (VISIT) 模型是过程驱动的生态系统模型,用于模拟碳、氮、水循环。虽然是最早考虑土壤侵蚀对碳收支影响的模型之一,但其准确性依赖于参数化和验证数据的数量和质量 [74]
基于陆面模式的甲烷排放过程模块 Canadian Land Surface Scheme Including Biogeochemical Cycles (CLASSIC) 模型中的Canadian Terrestrial Ecosystem Model模块可模拟湿地甲烷排放。作为开源模型,在大尺度模拟中简化了甲烷排放的过程 [75]
E3SM Land Model Equilibrium Chemistry Approximation (ELM-ECA) ECA是集成在Community Land Model中的理论,表示微生物、植物和非生物过程之间的竞争;模型的集成性比较高,包括甲烷排放的多个过程,但模型的一些关键参数存在不确定性,简化了季节性淹水对甲烷排放的影响 [76]
Terrestrial Ecosystem Model Methane Dynamics Model (TEM-MDM) 模型是基于机理的生物地球化学模型,考虑了不同类型湿地的植物功能和土壤中甲烷质量浓度的累积效应,但模型假设土壤温度低于0℃时甲烷停止产生,因此冬季可能会低估甲烷排放 [77]
Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM) 模型是基于机理的生物地球化学模型,耦合了生物地球化学循环、水文循环和植被动态等多过程,对甲烷排放的生物地球化学过程考虑较为全面,但计算过程复杂 [78-79]
Integrated Science Assessment Model (ISAM) 模型考虑了土壤的垂直分布,将土壤水文和生物地球化学模块与甲烷模块耦合,兼顾了土壤中甲烷的吸收过程,但需要大量特定地点的数据校准,适用性较差 [80]
Jena Scheme for Biosphere-Atmos-
phere Coupling in Hamburg (JSBACH)
模型是全球地表模型,通常与大气模型或全球气候模型耦合使用;包括甲烷产生、氧化和传输过程,但简化了水文过程且无法模拟水位高于地表的甲烷排放过程 [81]
Lund-Potsdam-Jena General Ecosystem Simulator (LPJ-GUESS) 模型是基于过程的动态植被−陆地生态系统模型,专注冻土生态系统研究;在北极苔原甲烷模拟中表现良好,但缺少微生物池,模拟结果可能存在较大不确定性 [82]
Lund-Potsdam-Jena Managed Land model (LPJ-MPI) 在全球动态植被LPJ模型基础上,模型由湿地模块和描述泥炭积累的模块组成,属于大规模的陆地表面模型,可模拟全球尺度的甲烷排放,但模型结构中缺乏水−冰相变,可能会低估甲烷排放 [83-84]
Lund-Potsdam-Jena Wald Schnee and Landschaft (LPJ-wsl) 模型是基于过程的全球动态植被模型,考虑控制湿地甲烷排放的主要过程;可开源获取,但模拟甲烷排放的不确定性受地形因素影响 [85]
Land surface Processes and eXchanges (LPX-Bern) 模型描述了动态植被和陆地生物地球化学过程,不同土壤类型可采用不同的甲烷生成、氧化和排放参数,考虑了植物功能类型在每个单元格网上的竞争,但对温度的变化比较敏感 [15,86]
Sheffield Dynamic Global Vegetation Model (SDGVM) 模型是全球动态植被模型,可与气候模式耦合或使用气候数据驱动;使用内部水文模型独立确定湿地位置,可开展全球尺度的模拟,但甲烷模块相对简单,难以精确模拟湿地甲烷排放的复杂过程 [87]
Terrestrial Ecosystem Integrated Model for Greenhouse Gases (TRIPLEX-GHG) 模型在基于综合生物圈模拟器的基础上,加入了甲烷过程模块和水位模块;适用于多尺度,在捕捉甲烷排放的时间模式上表现良好,但对甲烷生成过程中的Q10等参数较敏感 [88]
Joint UK Land Environment Simulator (JULES) 模型包括碳循环、湿地甲烷排放、光合作用、植被动态等多过程,可独立使用,也可作为耦合地球系统模型的陆地组成部分;采用多层次方法精确表示植物生理过程,但模拟准确性受到输入数据质量和模型参数化的限制 [89]
Organising Carbon and Hydrology In Dynamic Ecosystems (ORCHIDEE) 模型是地表模型,可与全球模型耦合,也可独立运行;可区分湿地面积变化对甲烷排放的贡献,但对不同湿地类型的适用性有限 [90]
表1 加入全球碳计划的湿地甲烷过程模型
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