Dynamisk global vegetationsmodell
En dynamisk global vegetationsmodell (DGVM) är ett datorprogram som simulerar förändringar i potentiell vegetation och dess associerade biogeokemiska och hydrologiska cykler som ett svar på förändringar i klimatet. DGVM:er använder tidsserier av klimatdata och, givet begränsningar av latitud, topografi och markegenskaper, simulerar den månatliga eller dagliga dynamiken i ekosystemprocesser. DGVM används oftast för att simulera effekterna av framtida klimatförändringar på naturlig vegetation och dess kol- och vattenkretslopp.
DGVM kombinerar i allmänhet biogeokemi , biogeografi och störningsundermodeller. Störningar är ofta begränsade till skogsbränder , men kan i princip inkludera något av: skogs-/markförvaltningsbeslut, vindkast , insektsskador, ozonskador etc. DGVM:er "snurrar" vanligtvis sina simuleringar från barmark till jämviktsvegetation (t.ex. klimaxsamhälle ) till fastställa realistiska initiala värden för deras olika "pooler": kol och kväve i levande och död vegetation, markens organiskt material etc. motsvarande ett dokumenterat historiskt vegetationstäcke.
DGVM:er körs vanligtvis i ett spatialt fördelat läge, med simuleringar utförda för tusentals "celler", geografiska punkter som antas ha homogena förhållanden inom varje cell. Simuleringar utförs över en rad rumsliga skalor, från globala till landskap. Celler är vanligtvis arrangerade som gitterpunkter; avståndet mellan intilliggande gitterpunkter kan vara så grovt som några få latitud- eller longitudgrader, eller så fint som 30 bågsekunder. Simuleringar av det sammanhängande USA i den första DGVM-jämförelseövningen (LPJ och MC1) som kallas VEMAP-projektet på 1990-talet använde ett gitterkorn på en halv grad. Globala simuleringar av PIK-gruppen och samarbetspartners med 6 olika DGVM (HYBRID, IBIS, LPJ, SDGVM, TRIFFID och VECODE) använde samma upplösning som den allmänna cirkulationsmodellen (GCM) som gav klimatdata, 3,75 grader longitud x 2,5 grader latitud, totalt 1631 landrutnätsceller. Ibland anges gitteravstånd i kilometer snarare än vinkelmått, särskilt för finare korn, så ett projekt som VEMAP kallas ofta för 50 km korn.
Flera DGVM dök upp i mitten av 1990-talet. Den första var tydligen IBIS (Foley et al., 1996), VECODE (Brovkin et al., 1997), följt av flera andra som beskrivs nedan:
Flera DGVM har utvecklats av olika forskargrupper runt om i världen:
- LPJ – Tyskland, Sverige
- IBIS – Integrated Biosphere Simulator – USA
- MC1 – USA
- HYBRID – Storbritannien
- SDGVM – Storbritannien
- SEIB-DGVM – Japan
- TRIFFID – Storbritannien
- VECODE – Tyskland
- CLM-DVGM – USA
- Ekosystemdemografi (ED, ED2)
- VEGAS – USA
Nästa generations modeller – Jordsystemmodeller (ex. CCSM, ORCHIDEE, JULES, CTEM ) – inkluderar nu de viktiga återkopplingarna från biosfären till atmosfären så att vegetationsförskjutningar och förändringar i kol och hydrologiska kretslopp påverkar klimatet.
DGVM:er simulerar vanligtvis en mängd olika fysiologiska processer för växter och jord. De processer som simuleras av olika DGVM:er sammanfattas i tabellen nedan. Förkortningar är: NPP, netto primärproduktion ; PFT, anläggningsfunktionstyp; SAW, mark tillgängligt vatten ; LAI, bladarea index ; I, solstrålning ; T, lufttemperatur ; Wr, rotzonens vattenförsörjning; PET, potentiell evapotranspiration ; vegc, totalt levande vegetationskol.
| process/attribut | formulering/värde | DGVM |
|---|---|---|
| kortaste tidssteg | 1 timme | IBIS, ED2 |
| 2 timmar | TRIFFID | |
| 12 timmar | HYBRID | |
| 1 dag | LPJ, SDGVM, SEIB-DGVM, MC1 brandundermodell | |
| 1 månad | MC1 förutom brand undermodell | |
| 1 år | VECODE | |
| fotosyntes | Farquhar et al. (1980) | HYBRID |
|
Farquhar et al. (1980) Collatz et al. (1992) |
IBIS, LPJ, SDGVM | |
|
Collatz et al. (1991) Collatz et al. (1992) |
TRIFFID | |
| stomatal konduktans |
Jarvis (1976) Stewart (1988) |
HYBRID |
| Leuning (1995) | IBIS, SDGVM, SEIB-DGVM | |
| Haxeltine & Prentice (1996) | LPJ | |
| Cox et al. (1998) | TRIFFID | |
| produktion |
skog NPP = f(PFT, vegc, T, SAW, P, ...) gräs NPP = f(PFT, vegc, T, SAW, P, lätt konkurrens, ...) |
MC1 |
| GPP = f(I, LAI, T, Wr, PET, CO2) | LPJ | |
| konkurrens | för ljus, vatten och N | MC1, HYBRID |
| för ljus och vatten | LPJ, IBIS, SDGVM, SEIB-DGVM | |
| Lotka-Volterra i bråktäcke | TRIFFID | |
| Klimatberoende | VECODE | |
| etablering | Alla PFT:er etablerar sig enhetligt som små individer | HYBRID |
| Klimatgynnade PFT:er etablerar sig enhetligt, som små individer | SEIB-DGVM | |
| Klimatgynnade PFT:er etablerar sig enhetligt, som små LAI-ökningar | IBIS | |
| Klimatgynnade PFT:er etablerar sig i proportion till tillgänglig yta, som små individer | LPJ, SDGVM | |
| Minsta "seed"-fraktion för alla PFT | TRIFFID | |
| dödlighet | Beroende på kolpooler | HYBRID |
| Deterministisk baslinje, vindkast, eld, extrema temperaturer | IBIS | |
| Deterministisk baslinje, självförtunning, kolbalans, brand, extrema temperaturer | LPJ, SEIB-DGVM, ED2 | |
| Kolbalans, vindkast, eld, extrema temperaturer | SDGVM | |
| Föreskriven störningsfrekvens för varje PFT | TRIFFID | |
| Klimatberoende, baserat på kolbalans | VECODE | |
| Självförtunning, brand, extrema temperaturer, torka | MC1 |
Referenser: