J. Chens Forschung

Was ist die Nettoprimärproduktivität (NPP)?

NPP ist ein Parameter, der verwendet wird, um die Netto-Kohlenstoffabsorptionsrate lebender Pflanzen zu quantifizieren. NPP ist der Unterschied zwischen Pflanzenphotosynthese und Atmung, der einen Teil des absorbierten Kohlenstoffs freisetzt, dh

NPP = Photosyntheserate – Pflanzenatmungsrate

(ausgedrückt in Einheiten von Gramm Kohlenstoff/Quadratmeter/Jahr)

Warum ist NPP wichtig?

1. KKW ist ein Maß für das Pflanzenwachstum. Es liefert hoch synthetisierte, quantitative Informationen für ein nachhaltiges Ressourcenmanagement.
2. KKW ist ein wichtiger Bestandteil des Kohlenstoffkreislaufs der Biosphäre, der ein wichtiger Aspekt globaler Klimaschutzstudien ist, d. h.

Netto-Kohlenstofffluss zu/ von terrestrischen Ökosystemen (NEP) = KKW – Bodenatmung (Gramm Kohlenstoff/Quadratmeter/Jahr)

Wie wird KKW bei CCRS geschätzt?

Ein prozessbasiertes Computermodell, der Boreal Ecosystem Productivity Simulator (BEPS) in Abbildung 1, wurde entwickelt, um das Pflanzenwachstum nachzuahmen und Schätzungen des KKW zu liefern. BEPS berechnet in täglichen Schritten: Bodenwasserhaushalt, stomatale Leitfähigkeit, sonnenbeschienener und schattierter Blattflächenindex, sonnenbeschienene und schattierte Blattbrutto-Photosynthese, Gesamtbrutto-Baldachin-Photosynthese, Erhaltungs- und Wachstumsatmung von Blättern, Stängeln und Wurzeln. Es gibt NPP, Evapotranspiration und andere Parameter von Interesse aus.

Diese Werte können für einzelne Stände oder größere Flächen berechnet werden. In der aktuellen Implementierung werden aufgrund der Auflösung der Satellitendaten in Abbildung 2 BEPS-Ergebnisse für jeweils 1 km2 (100 Hektar) Kanada bereitgestellt. In Zukunft erwarten wir kanadaweite Schätzungen mit einer besseren Auflösung zwischen 6 und 25 Hektar.

Fernerkundungseingaben für BEPS sind der Leaf Area Index (LAI) (10-Tage-Intervalle) und die Landbedeckung (jährlich). Meteorologische Eingaben umfassen tägliche Werte der maximalen und minimalen Lufttemperatur, der gesamten Sonnenstrahlung, der mittleren Luftfeuchtigkeit und des gesamten Niederschlags. Verwendete Bodendaten sind die verfügbare Bodenwasserkapazität (oder Bodentextur). Sowohl meteorologische als auch Bodendaten werden in der gleichen Auflösung und Kartenprojektion wie die Fernerkundungseingaben gerastert.

Was sind die Vorteile von BEPS?

1. Ermöglichte die Erstellung der allerersten KKW-Karte über Kanada mit einer Auflösung von 1 km in Abbildung 2.
2. Satellitendaten werden verwendet, um Informationen über die Bodenbedeckung und die saisonale Variation der Blattfläche zu liefern.
3. Die Baldachin-Photosynthese wird unter Verwendung des Farquhar-Modells auf Blattebene nach räumlicher Skalierung auf das Baldachin und zeitlicher Integration auf einen Tag berechnet. Die räumliche Skalierung erfolgt mit einer sonnenbeschienenen Blatttrennmethode. Die tägliche Integration wird unter Berücksichtigung der täglichen Variabilität der meteorologischen Bedingungen erreicht. Eine analytische Lösung für eine vereinfachte tägliche Integration des Farquhar-Modells wird abgeleitet und in BEPS verwendet. Die nichtlinearen Auswirkungen dieser Bedingungen auf die Kohlendioxidaufnahme hinderten uns daran, die täglichen Mittel zu verwenden. Das einfache Big-Leaf-Photosynthesemodell wurde in der jüngsten Version von BEPS aufgegeben, da es nicht in der Lage war, die nichtlinearen Auswirkungen meteorologischer Bedingungen auf die Photosynthese zu berücksichtigen.
4. Die Evapotranspiration wird mit dem Penman-Monteith-Modell berechnet, aber die Berechnung der Strahlungsleitfähigkeit wird modifiziert, um den nichtlinearen Effekt der Strahlung auf die stomatale Leitfähigkeit in täglichen Schrittberechnungen zu berücksichtigen.
5. Die Auswirkungen der ausgeprägten Baldachinarchitektur auf die Strahlungsabsorption und die Trennung von sonnenbeschienenen Blättern werden durch die Verwendung eines einfachen Klumpenindex berücksichtigt.

Der Index wurde aus Messungen von TRAC abgeleitet.

Warum Satellitendaten verwenden?

1. Schnelle Abdeckung großer Flächen
2. Erkennung von saisonalen und jährlichen Schwankungen
3. Konsistente Datenqualität
4. Keine Pflanzenschäden
5. Kosteneffizienz

Validieren wir die KKW-Karten?

Ja. Die Validierung wurde zunächst unter Verwendung von Biomassedaten aus Quebec durchgeführt, die in KKW umgewandelt wurden. Kürzlich wurde eine detaillierte Validierung anhand von Daten aus der BOReal Ecosystem-Atmospheric Study (BOREAS) in den Abbildungen 3 und 4 durchgeführt. Mit simultanen Kohlendioxidflussmessungen über und unter Walddächern konnten erstmals KKW-Berechnungen in Stunden- und Tageszeitschritten validiert werden. Auf diese Weise konnten auch die Komponenten von BEPS validiert werden. Dazu gehören grobe Photosynthese, autotrophe Atmung, Strahlungsabsorption, Evapotranspiration, Regenabfangen und andere. KKW werden auf Landschaftsebene weiter validiert.

Cihlar, J., J. M. Chen, Z. Li. 1997. „Saisonale AVHRR-Mehrkanaldatensätze und -produkte zur Skalierung biosphärischer Prozesse“. Zeitschrift für geophysikalische Forschung 102: 29625-29640.

Liu J., J.M. Chen, J. Cihlar und W.M. Park. 1997. „Ein prozessbasierter Produktivitätssimulator für boreale Ökosysteme unter Verwendung von Fernerkundungseingaben“. Fernerkundung der Umwelt, 62,158-175.

Running, S. W. und J. C. Coughlan. 1988. „Ein allgemeines Modell von Waldökosystemprozessen für regionale Anwendungen I. Hydrologisches Gleichgewicht, Baldachingasaustausch und Primärproduktionsprozesse“. Ökologische Modellierung 42: 125-154.