J. Chens forskning

Vad är Net Primary Productivity (NPP)?

NPP är en parameter som används för att kvantifiera netto kolabsorptionshastigheten av levande växter. NPP är skillnaden mellan växtfotosyntes och andning som frigör en del av det absorberade kolet, det vill säga

NPP = Fotosynteshastighet – Växtandningshastighet

(uttryckt i enheter av gram kol/kvadratmeter/År)

Varför är NPP viktigt?

1. NPP är ett mått på växttillväxt. Det ger mycket syntetiserad, kvantitativ information för hållbar resurshantering.
2. NPP är en viktig del av biosfärens kolcykel, som är en viktig aspekt av globala klimatförändringsstudier, dvs

netto Kolflöde till/från terrestriska ekosystem (NEP) = NPP – Jordandning (gram kol/kvadratmeter/År)

hur beräknas NPP till CCR?

en processbaserad datormodell, Boreal Ecosystem Productivity Simulator (BEPS) i Figur 1, har utvecklats för att efterlikna växttillväxt och ge uppskattningar av NPP. BEPS beräknar, i dagliga steg: jordvattenbalans, stomatal konduktans, solbelyst och skuggat bladområde index, solbelyst och skuggat blad brutto fotosyntes, total brutto canopy fotosyntes, underhåll och tillväxt andning av löv, stjälkar och rötter. Det matar ut NPP, evapotranspiration och andra parametrar av intresse.

dessa värden kan beräknas för enskilda stativ eller större områden. I det nuvarande genomförandet tillhandahålls BEPS-resultat för varje 1 km2 (100 hektar) Kanada i Figur 2 på grund av upplösningen av satellitdata. I framtiden förväntar vi oss att beräkna Kanada-omfattande uppskattningar med bättre upplösning, mellan 6 och 25 hektar.

Fjärranalysingångar för BEPS är leaf area index (LAI) (10-dagars intervall) och landskydd (årligen). Meteorologiska ingångar inkluderar dagliga värden för maximal och minimal lufttemperatur, total solstrålning, medelfuktighet och total nederbörd. Jorddata som används är tillgänglig markvattenkapacitet (eller markstruktur). Både meteorologiska och jorddata är gridded i samma upplösning och kartprojektion som fjärranalysingångarna.

vilka är fördelarna med BEPS?

1. möjliggjorde produktionen av den första NPP-kartan någonsin över Kanada med 1 km upplösning i Figur 2.
2. satellitdata används för att ge information om marktäckning och säsongsvariationen i bladytan.
3. Canopy photosynthesis beräknas med hjälp av bladnivån Farquhars modell efter rumslig skalning till baldakinen och tidsmässig integration till en dag. Den rumsliga skalningen görs med hjälp av en solbelyst skuggad bladseparationsmetod. Den dagliga integrationen uppnås genom att beakta den dagliga variationen i meteorologiska förhållanden. En analytisk lösning på en förenklad daglig integration av Farquhars modell härleds och används i BEPS. De icke-linjära effekterna av dessa förhållanden på koldioxidupptag hindrade oss från att använda aritmetiska dagliga medel. Den enkla storbladiga fotosyntesmodellen övergavs i den senaste versionen av BEPS på grund av dess oförmåga att överväga de icke-linjära effekterna av meteorologiska förhållanden på fotosyntes.
4. Evapotranspiration beräknas med Penman-Monteith-modellen, men canopy-konduktansberäkningen modifieras för att överväga den icke-linjära effekten av strålning på stomatal konduktans i dagliga stegberäkningar.
5. effekterna av den distinkta baldakinarkitekturen på strålningsabsorption och solbelyst skuggad bladseparation beaktas genom användning av ett enkelt klumpindex.

indexet härleddes från mätningar av TRAC.

varför använda satellitdata?

1. snabb täckning av stora områden
2. upptäckt av säsongsmässiga och årliga variationer
3. konsekvent datakvalitet
4. inga skador på växter
5. kostnadseffektivitet

validerar vi NPP-kartorna?

Ja. Valideringen utfördes först med hjälp av plottbiomassadata från Quebec konverterad till NPP. Nyligen genomfördes detaljerad validering med hjälp av data från BOReal Ecosystem-Atmospheric Study (BOREAS) i figurerna 3 och 4. Med hjälp av samtidiga koldioxidflödesmätningar över och under skogsbalkar var det möjligt att validera NPP-Beräkningar vid Tim-och dagliga tidssteg för första gången. På detta sätt kan komponenterna i BEPS också valideras. De inkluderar grov fotosyntes, autotrofisk andning, strålningsabsorption, evapotranspiration, regnavlyssning och andra. NPP kommer att valideras ytterligare på landskapsnivå.

Cihlar, J., J. M. Chen, Z. Li.1997. ”Seasonal Avhrr flerkanaliga datamängder och produkter för att skala upp biosfäriska processer”. Tidskrift för geofysisk forskning 102: 29625-29640.

Liu J., J. M. Chen, J. Cihlar och W. M. Park. 1997. ”En Processbaserad Boreal Ekosystemproduktivitetssimulator Med Fjärranalysingångar”. Fjärranalys av miljö, 62,158-175.

Running, S. W. och J. C. Coughlan. 1988. ”En allmän modell av Skogsekosystemprocesser för regionala tillämpningar I. hydrologisk balans, Canopy gasutbyte och primära produktionsprocesser”. Ekologisk Modellering 42: 125-154.