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落叶森林物候期模拟方法改进方面取得重要成果。利用中国生态系统研究网络（CERN）长期观测数据对当前常用的落叶森林展叶期和落叶期模拟方法进行了系统评价，提出新的落叶期模型，改进了国际主流模型CLM模型中落叶森林物候期及总初级生产力的模拟。这一研究成果于2023年10月发表在模型领域国际主流期刊Journal of Advances in Modeling Earth Systems（IF：8.469）。

物候是指示环境变化的重要因素，物候期调节着生态系统的碳、水和能量交换过程。然而，当前陆地生物圈模型在落叶森林展叶期、落叶期模拟方面还存在较大偏差，限制了模型模拟碳通量及其对气候变化响应的能力。研究团队利用2003-2015年在中国生态系统研究网络（CERN）5个森林站点（长白山、北京、茂县、神农架和贡嘎山）观测的落叶树种物候期数据和气象数据，系统评估了4个展叶期模型和4个落叶期模型的模拟性能，采用最优的展叶期模型和本研究提出的新的落叶期模型，改进了CLM4.5模型的落叶森林物候子模块，并且模拟分析了2016-2100年中国落叶森林的物候期变化。

研究结果表明，对于展叶期的模拟，平行模型和交互模型的性能优于春暖模型和连续模型，并且它们的模拟性能随冷激效应的假设不同而不同（表1）。本研究提出的新的落叶期模型考虑了叶片衰老状态阈值与夏季温度的关系，比常用的温度阈值模型、日照时间阈值模型和日照时间低温累积模型具有更好的模拟性能（表2）。并且，改进后的CLM4.5模型能够更好地模拟碳吸收持续时间和碳吸收幅度，从而提升了GPP的模拟效果（图1）。

表1 CERN站点不同展叶期模型的模拟效果比较

表2 CERN站点不同落叶期模型的模拟效果比较

在RCP4.5情景下，由于气候变暖的减缓，中国落叶森林展叶期的提前速度从1981-2015年的0.20天/年减缓到2016-2100年的0.11天/年，但落叶期的延迟速率变化不大（图2）。与1981-2015年相比，由于气温年际变化的增强，2016-2100年亚寒带地区落叶森林的物候期年际变化将增加（图3）。研究结果强调了改进当前陆地生物圈模型中落叶森林物候模块（特别是落叶期模拟方法）的必要性，这对降低未来落叶森林碳通量变化预测的不确定性具有重要作用。

图2 改进后模型模拟的1981-2015年（a，b，c）和RCP4.5情景下2016-2100年（d，e，f）中国落叶森林的展叶期（a，d，g）、落叶期（b，e，h）和生长季长度（c，f，i）的趋势。误差棒为标准差。*表示P<0.05。

图3 改进后模型模拟的1981-2015年（a，b，c）和RCP4.5情景下2016-2100年（d，e，f）中国落叶森林的展叶期、落叶期和生长季长度的年际变化。

该研究获得国家自然科学基金项目（31971512，31988102，42141005）的资助。国家生态科学数据中心博士生吕妍为第一作者，何洪林研究员和张黎副研究员为通讯作者。