高原气象

作者：向佳怡,袁华,曾晓东,刘卓,董文宗,柳莹莹,林莞仪,戴永久

单位：<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">1.</sup> 中山大学大气科学学院，广东 珠海 519082","<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">2.</sup> 南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），广东 珠海 519082","<sup class=\"mag-xml-aff-label-sup added-by-sys\">3.</sup> 中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心，北京 100029

关键词：动态植被模型,植被竞争与共存,模型不确定性,植被冠层结构

基金：国家自然科学基金项目(42075160),国家自然科学基金项目(U2342227),广东省基础与应用基础研究重大项目(2021B0301030007)

植被的竞争与共存是全球动态植被模型（Dynamic Global Vegetation Model， DGVM）中的核心生态过程， 直接影响植物群落的结构与功能， 并在一定程度上塑造全球植被的地理分布格局。深入理解不同DGVM中植被竞争与共存的表达方式差异， 对于减少生态系统预测的不确定性、 提升预测精度具有重要意义。本文从隐式与显式两大分类出发， 系统梳理了各种DGVM中植被竞争与共存的不同表达方式， 并通过模型分析与文献调研探讨了各自对模拟结果的潜在影响， 对比分析了不同表达方法的优劣势。研究表明： （1）隐式与显式表达的核心差异源于对植被结构的不同假设。隐式表达假设冠层结构水平均匀， 不同冠层相互独立且互不遮挡， 难以直接模拟对光照等资源的竞争过程， 通常通过简单假设（如竞争优先级）来调整植被覆盖度。这种简化处理在计算效率上具有优势， 但可能忽略了复杂的资源竞争机制。相比之下， 显式表达通过刻画植物的三维结构与及其与环境的相互作用， 能够直接模拟资源竞争过程， 反映更为复杂和动态的竞争结果， 而非固定的等级结构。（2）竞争表达方式显著影响群落动态模拟。通过三种模拟对比实例（DGVM中有无植被竞争、 显式和隐式方案对比、 隐式参数敏感性分析）， 定量评估了不同竞争表达方式对植物群落空间分布、 总碳生物量等结果的显著影响， 其中差异幅度可达48.6%。在基于Lotka-Volterra模型的隐式表达中， 环境资源与种群密度的关系是影响植物能否共存的关键。若采用非线性关系则能体现植物“丛聚”效应， 从而促进多种植物功能型的共存， 而线性关系假设则可能造成非主导物种在竞争中被排除， 模拟出不符合实际的单一物种存在结果。（3）该综述还探讨了隐式与显式建模的优缺点及其适用场景。隐式表达因其假设简单， 易于实现且计算效率高， 广泛应用于大尺度地球系统模式中。然而隐式表达可能导致一些关键过程的模拟偏差， 如高估被遮阴植物的光合作用效率。相比之下， 显式表达能够更精确地模拟小尺度集群行为， 理论上更符合实际生态过程， 但其计算成本较高， 且存在一定的随机性与不确定性， 这使得显式表达在大规模模拟中的应用仍受到限制。最后对DGVM的未来发展方向提出了一些看法： 一方面加强模型比较计划的同时， 构建植被分布与结构基准数据集， 为不同模型提供可靠的验证依据； 另一方面完善模型设计， 在控制不确定性的前提下逐步引入显式表达， 以缩小模型间的预测差异， 提高预测的准确性。通过这些措施， 有望进一步加深植物群落动态变化与碳循环机制的理解， 并为应对气候变化提供更加可靠的科学依据。

来源：2025年第6期

《高原气象》期刊编辑部

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