基于LPJ模型的植被NPP模拟、驱动力分析及其气候变化响应预测
随着全球气候变化的日益严峻,理解和预测植被生产力的变化变得尤为重要。此次培训的主要目的是深入探讨植被净初级生产力(NPP)的模拟、驱动力分析及其气候变化响应,利用LPJ模型为研究工具,帮助学员掌握从GPP到NPP、NEP/NEE等关键量的计算与应用。本次将重点讲解如何通过LPJ及LPJ-GUESS模型,结合气候数据,分析不同气候情景下植被生产力的变化及其对生态系统的影响。
将详细介绍如何使用Python及相关生态建模工具(如rasterio、gdal)进行地理数据处理和模型预处理,重点掌握栅格与矢量数据的格式转换、空间重采样与偏差修正等技术。通过敏感性分析和情景预测,大家能够理解气候变化对不同生态系统的具体影响,进而提升环境预测的精度和可操作性。
专题一 导论
1.建立从 GPP/NPP 到 NEP/NEE、植被碳库/土壤碳库(SOC)的整体框架。
2.关键量识别:GPP、NPP、Ra、Rh、NEP、NEE。
3.常用模型及特点:统计/气候生产力模型、光能利用率模型(CASA/VPM…)、过程模型(LPJ/LPJ-GUESS、Biome-BGC)。
专题二 Python入门与地学工具
1.Python环境配置与常用编辑器。
2.遥感与生态建模工具库(rasterio、gdal)简介。
3.Python栅格/矢量预处理:投影、裁剪、掩膜、格式转换。
专题三 LPJ 模型原理
1.掌握 LPJ 的模块化结构与时空分辨率(逐日/逐月、栅格)、必需驱动数据与核心参数。
2.气候驱动:气温、降水、辐射(日照百分率)与 CO₂ 路径;潜在蒸散、土壤含水、光合有效辐射。
3.植被功能型(PFT)与关键参数(如最大光合效率、根系分配等)的作用路径。
4.碳汇入库(凋落物—土壤库)、Q10 温度敏感性、土壤分解与异养呼吸。
专题四 LPJ-GUESS 与扩展:动态植被与情景预测
1.了解 LPJ-GUESS 的群落/年龄级结构、干扰(火、冻融)、氮循环/冻土扩展等对碳储量预测的价值。
2.LPJ vs LPJ-GUESS 的差异:个体/群落、年龄结构、扰动与迁移。
3.参数敏感性与本地化思路(例如 emax、rootbeta、lambdamax、alphar 等对 GPP/NPP/NEE 的影响)。
4.情景数据(SSP/RCP)驱动的长期生产力预测路径
专题五 数据与预处理:从原始驱动到“可跑的数据包”
1.数据获取:气象驱动、大气 CO₂、土壤、 土地覆盖类型、DEM
2.数据质量检查:一致性与范围、缺测与异常值处理、单位换算、物理闭合。
3.数据预处理: 标准化、空间重采样与投影、缺测插补(Temporal/Spatial)、偏差订正(Bias-Correction)、掩膜与域裁剪(Mask/ROI)
专题六 参数敏感性分析与区域化设置
1.利用Morris 与EFAST敏感性分析识别敏感参数
2.评估敏感参数对 NPP、NEE的影响弹性(弹性系数/蜘蛛图)。
3.引入“气候扰动”试验:+1℃、–10% 降水、–5% 辐射的 NPP 响应对比。
专题七 植被NPP时空变化及其对气候变化的响应
1.基于 LPJ-GUESS 模拟流域植被NPP 2010-2020变化。
2.NPP 的时空变异:时间序列、空间分布、热点/冷点检测。
3.二阶偏相关(NPP~T/P/SW/CO₂)与共线性诊断(相关矩阵/VIF)
专题八 未来气候变化情景下的流域植被净初级生产力预估
1.CMIP6情景(SSP2-4.5、SSP5-8.5)降尺度与偏差订正
2.基于 LPJ-GUESS 模型,利用降尺度后的 CMIP6 气候情景数据,预估流域未来不同气候情景下植被 NPP 时空变化。
专题九 结果验证与评估:精度、偏差与可解释性
1.指标:R²、RMSE、偏差;物理一致性清单(能量/水分/碳收支)
2.多尺度验证:站点—流域—区域;时间(季节/年际/年代际)。
3.结构化误差 vs 随机误差、气候—参数—结构三类不确定性。
专题十 科学写作:从图表到论点 1.引言:研究动机与问题清晰化
2.方法:模型、数据、参数与实验设计
3.结果:图 4–6 幅,文字“先总后分”讲规律
4.讨论:不确定性、对比文献、情景含义
5.结论:回答引言里的问题,落在“可操作洞见”
