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牧师

植物功能类型作为地表模型参数化的替代方案?

植物功能类型(PFTs)是全球植被类型的离散化。它们在陆地表面模型中用于参数化许多值，包括反照率、各种光合作用参数和水分利用。这些影响了净生态系统碳交换(NEE)、热和辐射收支的最终估计，以及土壤湿度的变化。然而，Alton(2011)表明，对于其中一些参数化变量，许多常用的pft之间没有显着差异。这意味着，在某些情况下，pft可能不是决定每个陆地表面模型网格单元应该如何运行的最佳方法。

有没有其他的全球地表参数化方法可以为地表模式提供更多或更好的信息?也许是基于土壤类型，或者甚至是统计参数(比如基于PCA的东西)?如果是这样，那么在当前的陆地表面模型中是否有使用?

奥尔顿，p.b.， 2011。植物功能类型在碳、水和能量循环的全球模拟中有多大用处?地球物理研究杂志116 (G1)。可以在:http://doi.wiley.com/10.1029/2010JG001430[2013年8月26日访问]。

回答

Alton等人2011年使用的方法适用于本文的范围和意图——展示该方法的弱点——但不是对模型中pft的全面分析。我认为质疑PFTs的使用是有用的，但得出Alton等人声称PFTs没有用的结论是错误的。Alton等人表明，反照率、净短波辐射和径流对pft特定值不敏感，但他们也发现净碳平衡对pft敏感。该研究的结论仅限于所评估的JULES模型和允许变化的参数(因此可以通过反演估计)。陆地生态系统功能的模型多种多样，模型参数化的方法也多种多样。此外，JULES对每个PFT有超过50个参数，而在本研究中只有4个参数是不同的。(这是JULES' [fortran名称列表](http://www.geosci-model-dev.net/7/361/2014/gmd-7-361-2014-supplement.pdf)在' JULES_NVEGPARM '和' JULES_PFTPARM '下设置的参数数量)。这项研究还提供了使用本质上是“自由”参数(类似于贝叶斯上下文中的“平坦先验”)的反演如何具有局限性的例子。图3显示了这一点，因为“检索”(反估计)参数与这些参数的直接测量结果不一致。这更多的是pft水平参数反演方法的局限性，而不是pft作为植物生理多样性近似值的效用。 To answer your question - yes, there are alternative approaches to both model structure and parameterization. This is an active area of research (and one I am interested in). Here are some examples, in order of increasing complexity (and data and computational requirements). * Global land surface models like JULES are necessarily more abstract (and use PFTs to represent a 'Biome'). * Represent groups of individuals that belong to a particular PFT and age class (This was first done in the Ecosystem Demography model ([Moorecroft et al 2001][1], which has both evolved to ED2 and has been integrated into NCAR's Community Land Model. * Vary parameters dynamically in both space and time. For example, [Wang et al 2012](http://www.life.illinois.edu/dietze/manuscripts/gcbb1167.pdf) show that varying Vcmax in (vertical) space and time improve estimates of gross primary productivity in a very simple crop model. * Individual Based Models (IBM's) represent individuals explicitly. These are reviewed by DeAngelis and Mooij 2005. * Using probability distributions to reflect parameter variability in the system being studied. I am not aware that this has been attempted. However, adding more degrees of freedom limits inference - too many unconstrained parameters make it difficult to parameterize the model, understand its output, or make general conclusions about how the world operates. Remember "All models are wrong, but some are useful" - George Box ![enter image description here][2] [1]: http://flux.aos.wisc.edu/~adesai/documents/macrosys_papers-ankur/modeling/Moorcroft-EcolMono-EDmodel.pdf [2]: http://i.stack.imgur.com/W9jU8.png * Wang et al 2012 Impact of nitrogen allocation on growth and photosynthesis of Miscanthus (Miscanthus x giganteus). Global Change Biology - Bioenergy. [doi:10.1111/j.1757-1707.2012.01167.x](https://dx.doi.org/10.1111/j.1757-1707.2012.01167.x) * P. R. Moorcroft, G. C. Hurtt, and S. W. Pacala 2001. A Method for Scaling Vegetation Dynamics: the Ecosystem Demography (ED) Model. Ecological Monographs 71:557–586. [doi:10.1890/0012-9615(2001)071[0557:AMFSVD]2.0.CO;2](http://dx.doi.org/10.1890/0012-9615(2001)071[0557:AMFSVD]2.0.CO;2) * DeAngelis and Mooij. 2005. Individual-Based Modeling of Ecological and Evolutionary Processes. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. [doi:10.1 146/annurev.ecolsys.36.1020](http://www.jstor.org/stable/30033800)

编辑总结

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\ begingroup美元 +1，但有几点:我从来没有说过pft没有用，只是可能不是最佳的。同时,朱尔斯不是一个通用的循环模型，但它可以与一个(如英国气象局统一模型)相结合。我对你最后第二段提到的方法的任何例子都很感兴趣。 \ endgroup美元
- - - - - -naught101
2014年8月19日5:39
\ begingroup美元 @naught101谢谢。我已经更新了我的答案来解决这两个问题。 \ endgroup美元
- - - - - -大卫LeBauer
2014年8月19日14:49

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