CMIP5和CMIP6模式对1950～2014年中国陆地植被碳储量的模拟评估
DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2024.23126
王一然1 韩洋2 张倩1 曹富强3
1.北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室机构，北京 100875
2.中山大学大气科学学院，广东珠海 519082
3.山西师范大学机构地理科学学院，太原 030031
基金项目: 国家重点研发计划项目2022YFF0801304
引用本文: 王一然, 韩洋, 张倩, 等. 2024. CMIP5和CMIP6模式对1950～2014年中国陆地植被碳储量的模拟评估[J]. 气候与环境研究, 29(3): 281−301. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2024.23126
Citation: WANG Yiran, HAN Yang, ZHANG Qian, et al. 2024. Evaluation of China’s Terrestrial Vegetation Carbon Stocks Simulated by the CMIP5 and CMIP6 Models during 1950–2014 [J]. Climatic and Environmental Research (in Chinese), 29 (3): 281−301. DOI: 10.3878/j.issn.1006-9585.2024.23126
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摘要: 选取两套植被碳密度数据和首次至第九次（1950～2018年）中国森林资源清查数据、基于遥感的土地覆盖数据，对比评估CMIP5和CMIP6地球系统模式对中国陆地植被碳的时空分布及其变化趋势的模拟能力，并进一步探究CMIP5和CMIP6土地变化数据的异同对植被碳储量模拟结果的影响。1995～2004年多模式平均结果表明，CMIP5和CMIP6模式均高估了中国植被碳储量，分别为28.0±6.0 Pg(C)，25.3±7.7 Pg(C)，两套参考数据分别为18.1 Pg(C)和18.7 Pg(C)。CMIP6模式对植被碳空间分布的模拟优于CMIP5模式，其各项泰勒评分（TSS）指标均显著提高，模式间不确定性有所减小。1950～1990年，CMIP5和CMIP6模拟的中国区植被为碳源，分别为−89.4 Tg(C) a−1和−58.2 Tg(C) a−1，且于1980年代显著增强，分别为−256.6 Tg(C) a−1和−171.0 Tg(C) a−1。1990～2014年CMIP5模式中植被碳源减弱[−48.1 Tg(C) a−1]，而CMIP6模式中植被则转变为碳汇[42.8 Tg(C) a−1，P＜0.05]。CMIP5与CMIP6模式对中国植被碳源汇模拟的差异和模式的土地变化情况密切相关，相较于CMIP5模式，CMIP6模式的土地变化数据（LUH2）和中国森林资源清查结果更吻合，1980年代后模式森林覆盖度的变化趋势与清查结果更为接近。本研究显示目前用于CMIP模拟的LUH1、LUH2数据与中国森林和农田在过去65年的变化情况有较大差异，采用更准确的土地变化数据对提高下一代CMIP模式植被碳模拟效果具有重要作用。
图 1 1995～2004年中国陆地植被碳密度空间分布：（a） CMIP5；（b） CMIP6；（c） CMIP5与CMIP6的差异；（d） IPCC Tier-1；（e） CMIP5与IPCC Tier-1的差异；（f） CMIP6与IPCC Tier-1的差异；（g） Xu et al. （2021）；(h) CMIP5与Xu et al. （2021）的差异；（i） CMIP6与Xu et al. （2021）的差异。（c）中使用t检验（Student’s t-test）对两代模式的差异进行显著性检验，打点区域均已通过95%的置信度水平检验。
图 3 1995～2004年中国各区域植被碳储量：（a）东北；（b）华北；（c）西北；（d）华东；（e）中南；（f）西南。红色代表IPCC Tier-1数据，黄色代表Xu et al.（2021）数据，蓝色代表CMIP5模式，绿色代表CMIP6模式，其中实心代表所有模式，阴影代表CMIP5和CMIP6的同源模式；误差棒表示模式间标准差。
图 4 1995～2004年使用（a、c、e）IPCC Tier-1和（b、d、f）Xu et al.（2021）为参考数据CMIP5和CMIP6 植被碳密度泰勒图：（a、b）CMIP5所有模式及所有模式集合MME（17）；（c、d）CMIP6所有模式及所有模式集合MME（27）；（e、f）CMIP5和CMIP6同源模式及同源模式集合MME（9）。图中模式集合均使用五角星表示。“MME（9）”代表两代CMIP同源模式集合的平均；“MME（17）”和“MME（27）”分别代表CMIP5、CMIP6所有模式集合的平均，其中CMIP5的所有模式集合平均不包括BNU-ESM。
