国家生态科学数据中心发展的生态系统服务评估模型在地球系统模拟进展（JAMES） 发表

• ：NESDC
        
• ：2021-06-04

中国科学院地理科学与资源研究所国家生态科学数据中心何洪林研究组在生态系统服务建模方面取得重要成果，发展了遥感数据驱动的生态系统服务评估过程模型（Carbon and Exchange between Vegetation, Soil, and Atmosphere – Ecosystem services, CEVSA-ES），该模型在综合考虑生态系统服务之间内在关联的基础上，实现了多种生态系统服务的一体化模拟，为生态系统服务的权衡评估打下了坚实基础。这一研究成果于2021年5月发表在模型领域国际主流期刊Journal of Advances in Modeling Earth Systems (IF: 4.327)。

陆地生态系统同时提供相互联系的多种生态系统服务，然而大多数生态系统服务评估模型（如InVEST和ARIES）忽略了生态系统服务之间的相互联系。过程模型克服了这些不足，且过程模型与遥感数据的结合可极大促进复杂生态系统的研究。因此，基于CEVSA模型，研究团队集成遥感叶面积指数驱动，发展了基于过程的生态系统服务评估模型（CEVSA-ES）以评估4种重要生态系统服务（即生产力、固碳、淡水保持及土壤保持）。与传统陆地生物圈模型相比，该模型的主要创新点是考虑了土壤侵蚀过程及其对陆地生态系统碳循环的影响，实现了植被生长过程与地表过程的集成；同时，CEVSA-ES模型结合遥感叶面积指数，改进了蒸散、冠层光合等生态过程的模拟。

图1  CEVSA-ES模型框架图

研究团队进一步结合模型数据融合方法及多源观测数据，优化模型敏感参数，提高模型模拟精度。首先，基于Sobol’全局敏感性分析方法，识别CEVSA-ES模型的敏感参数；其次，采用差分进化蒙特卡洛（DEMC）方法及9个站点39个站点年的通量观测数据对敏感参数进行优化；最后，采用26个站点135个站点年的观测数据对优化后参数驱动的CEVSA-ES模型进行验证。模拟结果可分别解释总初级生产力、生态系统呼吸、净生态系统生产力及蒸散年际变化的95%、92%、76%及65%；同时，可解释生产力、固碳年际尺度时空变化的96%和81%，且可以很好的捕捉到淡水保持及土壤保持在不同站点或流域的年际变化趋势。

图2 基于通量观测数据的年尺度总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（Re）、净生态系统生产力（NEP）和蒸散（ET）验证

图3 重要生态系统服务验证

国家生态科学数据中心何洪林研究员和张黎副研究员为通讯作者，牛忠恩博士为第一作者。该成果得到了国家重点研发计划（2016YFC0500200）、国家自然科学基金重点项目（42030509）及基础科学中心项目（31988102）等资助。

文章链接：http://dx.doi.org/10.1029/2020MS002451