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第一章 CEVSA模型及其改进和发展1

1.1 CEVSA模型简介和主要构成1

1.1.1 CEVSA模型简介1

1.1.2 CEVSA模型的主要构成2

1.1.3 CEVSA模型的应用概述3

1.2　生物物理子模型3

1.2.1 蒸散和土壤水分动态的模拟3

1.2.2　辐射的计算4

1.3　植物生理生长子模型5

1.3.1　植物的光合作用5

1.3.2　CO2供应和气孔导度6

1.3.3　植物的氮吸收和自养呼吸8

1.3.4 净初级生产力（NPP）的计算过程9

1.3.5 分配和凋落的模拟9

1.4 土壤碳氮分解子模型9

1.5 CEVSA模型的发展——CEVSA2的建立12

1.5.1 物候的参数化和LAI动态的模拟12

1.5.2 蒸散和土壤水分动态的模拟14

1.5.3 净初级生产力的计算15

1.5.4　分配和凋落的模拟15

1.6 CEVSA2的验证和评价19

1.6.1 通量观测站点的基本情况和评价方法19

1.6.2 CEVSA2在通量观测站点的验证28

1.6.3 CEVSA2模型的综合评价34

参考文献42

第二章　AVIM模型及其改进和发展49

2.1　大气—植被相互作用模型（AVIM2）简介49

2.1.1　模型的总体结构49

2.1.2　模型的输入与输出50

2.2 陆面物理过程子模块51

2.2.1　温度控制方程51

2.2.2　水分控制方程51

2.3　植物生理生长子模块51

2.3.1 光合作用和呼吸作用52

2.3.2　光合产物的分配方案53

2.3.3 生物量的形成53

2.3.4　物候的改进方案53

2.4　土壤有机碳分解和转换子模块54

2.4.1　模块的结构和组成54

2.4.2 与陆面物理过程子模块和植物生理生长子模块的耦合55

2.5　AVIM2的检验和验证56

2.5.1 荷兰Loobos森林水、热、碳通量的模拟与比较56

2.5.2　千烟洲人工林碳贮量和储碳潜力的模拟59

参考文献64

第三章 GLOPEM与CEVSA耦合模型：发展、验证与应用66

3.1 GLOPEM-CEVSA耦合模型66

3.2 GLOPEM-CEVSA模型对典型森林生态系统碳通量的模拟及其验证分析70

3.2.1　研究地点70

3.2.2 用于模型验证的数据71

3.2.3　模型验证结果74

3.2.4　结论与讨论84

3.3 基于GLOPEM-CEVSA模型的中国净生态系统生产力的模拟87

3.3.1　模型驱动数据87

3.3.2　模型参数88

3.3.3　模型初始化90

3.3.4　模拟结果90

3.3.5　结论与讨论98

参考文献99

第四章 陆地生态系统碳循环模型数据融合研究106

4.1　模型数据融合的概念和组成107

4.1.1　模型数据融合的概念107

4.1.2　模型数据融合的组成108

4.2　模型数据融合的主要方法112

4.2.1 Levenberg-Marquardt方法113

4.2.2 基于贝叶斯估计的MCMC方法113

4.2.3　卡尔曼滤波114

4.2.4　遗传算法115

4.3　模型数据融合在陆地生态系统碳循环研究中的应用115

4.3.1　碳循环模型参数的反演116

4.3.2 降低碳循环模型的不确定性117

4.3.3 评估模型结构118

4.3.4 区域及全球尺度的碳通量模拟研究118

4.4　影响模型数据融合研究的重要因素119

4.4.1　优化算法119

4.4.2　数据误差120

4.4.3　模型结构122

4.4.4　数据信息124

4.5　模型数据融合研究中存在的问题和展望124

4.5.1 复杂陆地生态系统过程模型的参数估计方法125

4.5.2　参数估计和模型模拟结果的不确定性分析125

4.5.3 区域及全球尺度碳循环的模型数据融合方法研究125

参考文献125

第五章 陆地生态系统模式与气候模式的耦合130

5.1　生态系统模式与气候系统模式耦合的原理和方法130

5.1.1 生物圈是地球系统中的基本组成部分130

5.1.2 生态系统模式与气候系统模式耦合的原理和方法130

5.1.3 生态系统模式与气候模式耦合系统的功能132

5.2　陆地生态系统与全球气候模式的耦合133

5.2.1　耦合模式简介133

5.2.2　全球平均气候态的模拟134

5.2.3　全球生态系统特征量的模拟140

5.3　陆地生态系统模式与区域气候模式的耦合144

5.3.1 模式简介144

5.3.2 区域（东亚）平均气候态的模拟144

5.3.3 区域（东亚）陆地生态系统变量模拟152

参考文献155

第六章 平均气候态下中国区域水、热通量的时空格局157

6.1 中国区域能量通量的模拟与源于实测资料计算结果的比较157

6.1.1　净辐射通量空间分布格局157

6.1.2　感热通量空间分布格局158

6.1.3　潜热通量空间分布格局161

6.2　土壤湿度的模拟与比较161

6.2.1 中国区域年平均土壤湿度的空间分布161

6.2.2　土壤湿度模拟的验证162

6.3 中国区域能量、水分的区域差异和季节变化特征164

6.3.1 自然地理区域水、热通量的年平均状况165

6.3.2 自然地理区域能量通量的季节变化特征166

6.4　青藏高原地表能量通量估算168

6.4.1 青藏高原年平均地面能量通量168

6.4.2 青藏高原地表能量通量的季节特征170

6.4.3　结论与讨论171

参考文献172

第七章 中国陆地生态系统碳储量空间分布格局174

7.1 中国陆地生态系统土壤碳储量和碳密度的空间分布格局175

7.1.1 应用CEVSA模型模拟中国陆地生态系统土壤碳储量和碳密度的空间分布175

7.1.2 AVIM2模拟的中国区域土壤碳密度空间格局180

7.1.3 中国区域土壤碳密度模拟结果比较181

7.2 中国陆地生态系统植被碳贮量、碳密度的空间分布182

7.2.1 CEVSA模拟的中国陆地生态系统植被碳贮量、碳密度空间分布182

7.2.2 AVIM2模拟的中国区域植被地上与地下部生物量186

7.2.3　植被碳密度模拟值与其他研究结果的比较188

参考文献189

第八章 中国陆地生态系统碳通量的空间分布格局192

8.1 中国陆地生态系统净初级生产力（NPP）的空间分布格局193

8.1.1 CEVSA模拟的中国陆地生态系统NPP的空间分布193

8.1.2 AVIM2模拟的中国区域NPP空间分布198

8.1.3　模型模拟的NPP与其他研究结果的比较198

8.2 中国陆地生态系统土壤呼吸的空间分布格局200

8.2.1 土壤呼吸的空间分布200

8.2.2　与基于观测值估算的土壤呼吸数据的比较200

8.3 中国陆地生态系统净生态系统生产力（NEP）的空间分布格局及其演变机制202

8.3.1 NEP空间格局变化203

8.3.2 不同气候带NEP的空间分布204

8.3.3 不同土地覆被类型的NEP分布207

参考文献208

第九章 中国陆地生态系统碳通量的动态变化及其对气候变化的响应210

9.1　净初级生产力（NPP）的时间变化及其对气候变化的响应210

9.1.1 NPP时间变化211

9.1.2 NPP变化与气候变化的关系212

9.2　土壤异养呼吸（HR）的时间变化及其对气候变化的响应216

9.2.1 土壤呼吸的时间变化216

9.2.2 土壤呼吸变化与气候变化的关系218

9.3　NEP的时间变化及其与气候变化的关系219

参考文献223

第十章　未来气候变化对中国陆地生态系统碳循环影响226

10.1　未来气候变化对典型陆地生态系统水碳交换的影响226

10.1.1 气候变化对千烟洲亚热带常绿人工针叶林水碳通量的影响226

10.1.2 气候变化对哈佛温带落叶阔叶林水碳通量的影响228

10.1.3 气候变化对长白山温带针阔混交林水碳通量的影响233

10.2　21世纪中国陆地生态系统碳通量对气候变化和CO2浓度变化的响应235

10.2.1　B2气候变化情景介绍235

10.2.2　模拟方法236

10.2.3 未来气候变化情景下中国区域NEP、NPP、植被碳和土壤碳的变化236

10.2.4 未来气候变化情景下中国区域碳通量变化的空间分布格局239

10.2.5 大气CO2浓度增加对中国陆地生态系统碳循环影响241

10.2.6 模型研究的不确定性讨论241

10.3　21世纪中国陆地生态系统碳源汇的可能变化242

参考文献244

第十一章 中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评价研究247

11.1　生态系统对气候变化的脆弱性评价研究概述247

11.1.1　脆弱性研究的主要方法249

11.1.2 生态系统脆弱性研究中存在的主要问题251

11.2　CEVSA模型在生态系统脆弱性评价研究中的应用252

11.2.1 适用于脆弱性评价的CEVSA模型改进252

11.2.2 CEVSA-Vul模型模拟的中国潜在自然植被分布格局及其验证254

11.2.3 基于CEVSA-Vul模型的脆弱性评价方法258

11.3 中国自然生态系统对气候变化的脆弱性评价260

11.3.1　植被分布格局对气候变化的脆弱性评价260

11.3.2 中国自然生态系统功能对气候变化的脆弱性评价264

11.3.3 中国自然生态系统气候脆弱性综合评价265

11.3.4 中国自然生态系统脆弱性的区域差异分析267

11.3.5 中国自然生态系统脆弱化机理分析268

11.4　生态系统脆弱性评价的未来发展269

参考文献270

第十二章 中国森林植被碳储量及造林的影响274

12.1　基于森林清查资料的森林碳储量估算方法274

12.1.1　数据基础274

12.1.2　基于森林清查资料的森林碳储量估算方法275

12.1.3 中国森林生物量估算模型278

12.1.4 中国人工林生物量估算模型280

12.2 中国森林生态系统植被碳储量282

12.2.1 中国森林资源现状及时空变化特征282

12.2.2 中国森林植被碳储量的时间变化特征285

12.2.3 中国森林植被碳储量的空间分异格局287

12.3　造林对森林生态系统植被碳储量和碳平衡的影响289

12.3.1 中国人工林概述289

12.3.2 中国人工林植被碳储量和碳平衡292

12.3.3 造林对森林生态系统植被碳储量和碳平衡的影响296

12.4　林业重点工程对森林生态系统碳储量和碳平衡的影响298

12.4.1 中国林业重点工程概述298

12.4.2　林业重点工程植被碳储量估算方法302

12.4.3 中国林业重点工程对森林生态系统植被碳储量和碳平衡的影响303

参考文献312

第十三章 适应性碳管理对中国农田土壤碳吸收的影响314

13.1　适应性农业土壤碳管理的意义与途径314

13.1.1　农业土壤碳吸收的重要性314

13.1.2　人类活动对土壤碳库的影响315

13.1.3　增加农业土壤碳吸收的途径316

13.2　农业管理对土壤碳吸收影响的评估方法319

13.2.1 几种常用的区域尺度土壤碳吸收潜力的估算方法319

13.2.2 应用CEVSA和GLOPEM耦合模型估计适应性农业管理对土壤碳吸收的影响320

13.3　不同农业管理措施下的土壤碳变化特征322

13.3.1 增强农田土壤碳吸收的管理方案与情景322

13.3.2 不同农业管理措施情景下的土壤碳变化特征323

13.4 中国土壤碳吸收潜力及空间格局324

13.4.1 不同农业管理措施情景下土壤碳吸收潜力324

13.4.2 土壤碳吸收潜力的空间格局及影响因素326

13.4.3 不实施秸秆还田对土壤潜在碳库的影响328

13.5 中国农田土壤固碳能力与世界其他区域研究结果的比较329

参考文献330