Page 260 - 《高原气象》2025年第6期
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高     原      气     象                                 44 卷
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              1  引言                                             表达植物群落形成、 分布和退化过程时仍存在不足
                                                               （Fisher et al， 2015）， 这很大程度限制了模型预测结
                  植被在陆-气相互作用中发挥着至关重要的作
                                                                果的准确性和可靠性。
             用。植被通过改变地表反照率、 波文比、 粗糙度和
                                                                    DGVM在模拟植被分布时， 大多采用气候包络
             水文流量调节等生物地球物理过程影响地气之间
                                                                假设来确定群落分布边界。具体而言， 首先依据植
             的物质、 能量和动量交换（Bonan， 2008； Lee et al，
                                                                物的生长形态（如树木、 灌木或草本）、 物候特征
             2011； Alkama and Cescatti， 2016； 鲍 艳 等 ， 2023；    （如常绿或落叶）以及叶片特征（如针叶或阔叶）等
             马迪等， 2024； 王黎欢等， 2024； 徐虹， 2024）。同
                                                                性状， 将其划分成若干植物功能型（Plant Function‐
             时植物通过光合作用等生物地球化学过程， 有效调                            al Type， PFT）。随后通过实验数据界定每种 PFT对
             节碳、 氮等关键营养元素的循环过程（Marschner                        温度和水分胁迫的耐受范围， 确定其基本生态位，
             and Rengel， 2007）。植被与环境复杂的相互作用对                    并 以 此 限 制 PFT 的 潜 在 地 理 分 布（Fisher  et  al，
             全球气候、 水和营养元素的循环都具有深远的影响                            2015； Sitch et al， 2003）。然而， 植物群落的实际分
             （Pielke et al， 1998； Bonan， 2008； 王蕾和赵昕奕，          布与组成不仅受到气候与土壤条件的影响， 还受到
             2024； 刘雨亭， 2024）， 同时这些相互作用又反馈调                     植被竞争与共存机制的制约。特别是当多个物种
             节植被的生长和分布格局， 深刻塑造了陆地生态系                            的基本生态位重叠时， 竞争机制往往决定了实际分
             统的结构与功能。为研究植被与大气的相互作用，                             布格局（Arora and Boer， 2006）。部分模型在气候
             全 球 动 态 植 被 模 型（Dynamic  Global  Vegetation        包络框架下缺乏对竞争机制的明确表达， 仅采用简
             Model， DGVM）成为了地球系统模式中的重要组成                        单的优先级规则调整 PFT 覆盖度， 可能导致模拟结
             部分（Bonan et al， 2003； Krinner et al， 2005； Smith   果偏离实际。例如， TRIFFID预测 21世纪中叶亚马
             et  al，  2011；  Döscher  et  al，  2022；  Martín  et  al，   逊雨林将快速崩溃（Cox et al， 2000）， 这一结论与
             2022）。DGVM 的核心在于预测陆地生态系统结构                         实 际 情 况 存 在 较 大 偏 差 。 Fisher  et  al（2015）在
             组成、 分布格局与碳储量变化， 及其对未来气候变                           CLM4. 5 中没有采用气候包络假设， 尝试通过植物
             化 的 响 应 和 反 馈（Moorcroft  et  al，  2001；  Zeng，     生理性状之间的显式竞争直接预测生物群落的边
             2010）。                                             界 ， 最 终 模 拟 出 与 观 测 相 近 的 叶 面 积 指 数 LAI
                  尽管 DGVM 在再现当前植被地理分布方面取                       （Leaf area index）和总初级生产力GPP（Gross prima‐
             得了一定成功（Kucharik et al， 2000）， 但在预测未                ry productivity）。这表明植被竞争与共存机制在确
             来变化时存在显著不确定性， 不同模型的预测结果                            定植被分布范围与结构组成时具有重要作用。
             差异明显。例如 Sitch et al（2008）对 5 个 DGVM 在                  植被的竞争与共存本质上是多种植物在同一
             相同未来气候强迫条件下的模拟结果进行分析， 发                            生境下因生态位重叠， 而对有限资源（如光照、 水
             现模型对未来植被分布演变的预测结果相差很大。                             分、 营养元素和生长空间）的争夺与再分配过程。
             尽管所有模型均预测 1860-2099年全球森林覆盖率                        这一过程通常对植物生长或适应产生不对称的负
             将 大 幅 下 降 ，  但 具 体 区 域 分 布 差 异 显 著 ：  LPJ-         面影响： 资源分配并非均等， 而是呈现“强者愈多，
             DGVM 预测欧亚大陆的森林覆盖率将减少 50 %以                         弱者愈少”的格局， 竞争力较弱的物种所受限制远
             上， 而 TRIFFID 和 ORCHIDEE 则显示亚马逊地区                   大于优势物种（陈仁飞等， 2015）。因此， 物种的实
             是全球森林衰退的主要区域（Fisher et al， 2015；                   际分布范围往往比气候包络限定的范围更为狭窄
             Sitch et al， 2008）。由于植物群落的空间分布和结                  （Lambers et al， 2008）。同样地， 理论研究（Grubb，
             构组成在很大程度上决定了全球陆地碳储量的分                              1977； Tilman et al， 1997）、 野外观测和实验室研究
             布格局， 前者的差异进一步导致模型在预测碳储量                           （Loreau and Hector， 2001； Tilman et al， 1997）均一
             时 空 分 布 时 的 一 致 性 较 差（Purves  and  Pacala，         致证明： 植被共存关系及其衍生的生物多样性对生
             2008；  Friedlingstein  et  al，  2006）。 例 如 ，  周 健  态系统的稳定性、 生产力、 资源消耗以及营养元素
             （2021）对比了 CMIP6（Coupled Model Intercompari‐        循环等都具有重要影响（Hurtt et al， 1998； Loreau
             son Project Phase 6）中 16 个地球系统模型对碳储量               and Hector， 2001）。
             的模拟结果， 发现全球陆地生态系统碳储量的模拟                                因此， 在探究 DGVM 模拟不确定性来源时， 竞
             差异高达 4. 9 倍， 植被碳储量的模拟结果差异也达                        争表达的局限性被广泛视为潜在影响因素。Purves
             到 3 倍。上述研究表明现有 DGVM 在准确一致地                         and Pacala（2008）指出， 通过增加更符合生态实际
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