Page 269 - 《高原气象》2025年第6期

6 期 向佳怡等：全球动态植被模型中竞争与共存研究进展综述 1677
死亡率分别为m 、 m 。 face data）陆面驱动数据， 模拟从裸土开始的植被演
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原始 LV 模型是改进模型在（b=1， c=0 或 c=1） 替过程。结果显示， 三组实验存在一些共同点： C 3
情况下的一种特殊形式， PFT 入侵 PFT 的能力与 草的空间覆盖度在最初几年迅速扩张， 随后逐渐减
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入侵裸土的能力相同， 实际入侵速率 v f f 还与二 少， 落叶针叶林获得竞争优势， 其覆盖度随时间稳
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者覆盖度呈线性关系， 根据原始 LV 模型和“严格排 步增长至趋于稳定。但三组实验的演替速度、 最终
除近似”可列出式（6）： 共存 PFT 种类以及平衡覆盖度均存在显著差异： 从

ì df 1 ) b=1、 b=0. 5 到 b=0， 演替进程加速， 最终得以共存
ï ï = v 1 f 1( f 2 + f bare - m 1 f 1
ï dt 的 PFT 种类也由 2种增加到 4种， 证实了 LV 模型改
ï
ï ï
í df 2 （6） 进后的隐式表达更有利于植被多样性模拟。数值
ï ï dt = v 2 f 2 f bare - v 1 f 1 f 2 - m 2 f 2
ï f 1 + f 2 + f bare = 1 对比显示， b=1（原始 LV模型）时模拟的落叶针叶树
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ï ï
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求f 和f 的平衡态解， 得： 平衡覆盖度较 b=0（改进后）时高出 50. 6%， C 草则
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ì ê ê ù ú ú 偏低了 77. 4%， 揭示了原始 LV 模型会夸大树木
ï ï f 1 = max êê é v 1 - m 1 ，0 ú ú PFT的主导作用。
ï ë v 1 û
ï
ï 随后， Melton and Arora（2016）将改进 LV 模型
ï
ï ï é ê ê ( ) ù ú ú
)
í ê( v 2 - m 2 - 1 + v 2 ( v 1 - m 1 ) ú ú （7） 的隐式表达整合至 CTEM2. 0 后， 实施了全球植被
ê
ï ï ê v 1 ú
ï ï 2 = max ê ê ， 0 ú ú 分布模拟， 发现原始 LV 模型下树木的全球空间格
f
ï ï ê ê ê v 2 ú ú ú 局更为集中， 从高覆盖区到低覆盖区还存在明显突
ï ï ë û
î
变。研究强调， 改进后的 LV 模型的模拟结果更符
由式（7）可知， 一旦 PFT 入侵裸土的速率与自 合验证数据， 进一步证实了改进后的 LV 模型的隐
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身固有死亡率之差大于 PFT ， 即（v -m）>（v -m）， 式表达有助于削弱主导 PFT 被夸大的优势， 促进多
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那么 PFT 的覆盖度 f 将始终为 0， PFT 被竞争排 种PFT共存。
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除， 难以实现多种PFT的共存。
上述案例揭示， 基于 LV 模型的隐式表达中非
在改进 LV 模型中（b=0， c=0 或 c=1）的情况下，
线性密度制约因子参数 b 的取值差异， 对植被分布
PFT 入侵 PFT 的能力与入侵裸土的能力仍然相同， 的模拟结果影响显著， 同时也体现出植被的竞争与
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实际入侵速率 v f 仅与 f 有关， 与 f 无关， 体现了改 共存表达差异的确是植被分布的不确定性的重要
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进后 LV 模型中竞争相互作用的非线性， 其他入侵
来源。
速率同理， 可列出式（8）：
ì df 1 ) 4 显隐式植被竞争与共存表达的优
ï ï = v 1( f 2 + f bare - m 1 f 1 势分析
ï dt
ï
ï ï
í df 2 （8）
ï ï dt = v 2 f bare - v 1 f 2 - m 2 f 2
目前， 每种植被竞争与共存表达方案均有其独
ï f 1 + f 2 + f bare = 1 特优势和适用范围。融合隐式表达的 DGVM 因其
ï
ï ï
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求f 和f 的平衡态解， 得： 低复杂度和较高计算效率， 广泛耦合在地球系统模
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ì v 1 型中模拟植被的基本时空分布格局， 尤其适用于反
ï ï f 1 =
ï ï v 1 + m 1 馈研究（Cramer et al， 2001）。
í ) （9）
ï ï v 2( 1 - f 1 然而， 地球系统各组分之间存在紧密的动态联
ïf 2 =
ï ( v 1 + v 2 + m 2 ) 系， 这要求在建模时充分考虑各要素的相互作用。
ï ï
î
由式（9）可知， PFT 与 PFT 共存条件是 PFT 的 尽管隐式方案通过预设竞争优先级提高了计算效
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自身固有死亡率为正数（m >0）， 且 PFT 入侵裸土 率， 但其“跳过资源获取过程的差异， 直接判定死
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的速率为正数（v >0）， 条件宽松， 容易实现生物多 亡结果”的处理方式， 可能导致一些关键过程的模
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样性， 与原始LV模型存在显著区别。 拟偏差。例如， 植物被遮荫的直接后果是光合作用
研究还通过站点和全球模拟进一步明确了 LV 效率降低， 但隐式方案仅将其简化为死亡率增加，
模型改进前后的隐式表达的差异。Arora and Boer 这可能高估光合作用效率、 茎生物量的分配比例
（2006）选取西伯利亚站点， 设计了改进 LV 模型中 （Song et al， 2016）， 同时低估草本植物的覆盖度
b=0（原始 LV 模型）、 b=0. 5、 b=1 的三组对比实验， （Smith et al， 2001a）。Smith et al（2001a）以保加利
重复使用 1979 -1999 年的 GOLD（global land sur‐ 亚干旱森林草原为研究区域， 比较了 LPJ-GUESS