Integrierter Biosphärensimulator - Integrated Biosphere Simulator

IBIS-2 ist die Version 2 des Land-Oberflächen-Modells Integrated Biosphere Simulator (IBIS), das mehrere wesentliche Verbesserungen und Ergänzungen des von Foley et al. entwickelten Prototypmodells enthält. [1996]. IBIS wurde entwickelt, um Landoberflächen- und hydrologische Prozesse, terrestrische biogeochemische Kreisläufe und Vegetationsdynamiken innerhalb eines einzigen physikalisch konsistenten Rahmens explizit zu verknüpfen

IBIS-Funktionalität

Das Modell berücksichtigt vorübergehende Veränderungen in der Vegetation Zusammensetzung und Struktur als Reaktion auf Umweltveränderungen und ist daher klassifiziert, als Dynamische globale Vegetationsmodell ( DGVM ) Diese neue Version von IBIS hat sich verbessert Darstellungen von Landoberflächenphysik, Pflanzenphysiologie , Vordach Phänologie , Pflanze Unterschiede zwischen Funktionstypen (PFT) und CO2- Zuweisung. Darüber hinaus enthält IBIS-2 ein neues Submodell der unterirdischen Biogeochemie, das an die Detritusproduktion (Wurzelfall und Feinwurzelumsatz) gekoppelt ist. Alle Prozesse sind in einem hierarchischen Rahmen organisiert und laufen in verschiedenen Zeitschritten ab, die von 60 Minuten bis 1 Jahr reichen. Ein solcher Ansatz ermöglicht eine explizite Kopplung zwischen ökologischen, biophysikalischen und physiologischen Prozessen, die auf unterschiedlichen Zeitskalen stattfinden.

IBIS-Struktur

Das Landoberflächenmodul basiert auf dem Land Surface Transfer Model (LSX)-Paket von Thompson und Pollard und simuliert die Energie-, Wasser-, Kohlenstoff- und Impulsbilanz des Boden-Vegetation-Atmosphäre-Systems. Das Modell repräsentiert zwei Vegetationsdächer (zB Bäume versus Sträucher und Gräser), acht Bodenschichten und drei Schneeschichten (bei Bedarf). Das Solarstrahlungsübertragungsschema von IBIS-2 wurde im Vergleich zu LSX und IBIS-1 vereinfacht; sonnenbeschienene und beschattete Anteile der Vordächer werden nicht mehr getrennt behandelt. Das Modell folgt nun dem Ansatz von Sellers et al. [1986] und Bonan [1995]. Infrarotstrahlung wird simuliert, als ob jede Vegetationsschicht eine halbtransparente Ebene wäre; Der Emissionsgrad der Baumkronen hängt von der Laubdichte ab. Ein weiterer Unterschied zwischen IBIS-2 und IBIS-1 und LSX besteht darin, dass IBIS-2 eine empirische lineare Funktion der Windgeschwindigkeit verwendet, um die turbulente Übertragung zwischen der Bodenoberfläche und dem unteren Vegetationsdach abzuschätzen, und IBIS-1 und LSX verwenden einen logarithmischen Wind Profil. Die Gesamtevapotranspiration von der Landoberfläche wird als Summe von drei Wasserdampfströmen behandelt: Verdunstung von der Bodenoberfläche, Verdunstung von Wasser, das von Vegetationskronen abgefangen wird, und Kronentranspiration.

IBIS simuliert die Schwankungen von Wärme und Feuchtigkeit im Boden. Die acht Schichten werden hinsichtlich Bodentemperatur, volumetrischem Wassergehalt und Eisgehalt beschrieben. Alle im Boden ablaufenden Prozesse werden durch die Bodentextur und den Gehalt an organischer Substanz im Boden beeinflusst. Ein Unterschied zu den physiologischen Prozessen in der vorherigen Version des Modells besteht darin, dass IBIS-1 die maximale Rubisco- Carboxylierungskapazität (Vm) berechnet, indem es die Nettoassimilation von Kohlenstoff durch das Blatt optimiert. IBIS-2 schreibt konstante Werte von Vm für den funktionalen Pflanzentyp (PFT) vor. Um Photosynthese und Transpiration von der Blattebene bis zur Baumkronenebene zu skalieren , nimmt IBIS-2 an, dass die Netto-Photosynthese innerhalb der Baumkrone proportional zum APAR darin ist.

Bodenbiogeochemie

In der ursprünglichen Version von IBIS gab es kein explizites unterirdisches biogeochemisches Modell, um den Kohlenstofffluss zwischen den Pools von Vegetation, Detritus und organischer Substanz im Boden zu vervollständigen . IBIS-2 enthält ein neues Modul für die Bodenbiogeochemie.

Weiterlesen

• Kucharik, CJ, JA Foley, C. Delire, VA Fisher, MT Coe, JD Lenters, C. Young-Molling, N. Ramankutty, JM Norman, ST Gower, Testing the performance of a Dynamic Global Ecosystem Model: Water balance, carbon Gleichgewicht und Vegetationsstruktur, Global Biogeochem. Zyklen, 14(3), 795-826, 10.1029/1999GB001138, 2000. http://www.agu.org/pubs/crossref/2000/1999GB001138.shtml
• Foley, Jonathan A.; Prentice, I. Colin; Ramankutty, Navin; Levis, Samuel; Pollard, David; Sitch, Steven; Haxeltine, Alex, Ein integriertes Biosphärenmodell von Landoberflächenprozessen, terrestrischem Kohlenstoffhaushalt und Vegetationsdynamik
• Globale biogeochemische Zyklen, Band 10, Ausgabe 4, p. 603-628. http://adsabs.harvard.edu/abs/1996GBioC..10..603F
• Integriertes Biosphärensimulatormodell (IBIS), Version 2.5. Foley, JA, CJ Kucharik und D. Polzin. 2005. Integriertes Biosphärensimulatormodell (IBIS), Version 2.5. Modellprodukt. Online verfügbar [1] vom Oak Ridge National Laboratory Distributed Active Archive Center, Oak Ridge, Tennessee, USA doi:10.3334/ORNLDAAC/808 http://daac.ornl.gov/MODELS/guides/IBIS_Guide.html
• IBIS 2.6 (Integrierter Biosphärensimulator). http://nelson.wisc.edu/sage/data-and-models/model-code.php

Verweise