新闻公告陆地生态系统的碳汇能力被认为是实现我国及全球“碳中和”目标的“压舱石”。为此，各国政府正在积极制定政策努力实现“碳中和”目标。各国政府在制定“碳中和”政策时主要依赖IPCC报告研究成果，而IPCC报告中使用的地球系统模型在模拟陆地碳汇功能方面存在极大的不确定性。目前，对于陆地碳模型的不确定性来源依然不甚清楚。
湿地生态系统的土壤碳密度极大，而且对气候变化敏感，其碳库变化被认为是陆地-大气之间碳反馈的重要组成部分。因此，湿地碳循环对气候变化等全球变化因子的响应是当前全球变化生态学研究的热点。陆地过程模型在模拟全球变化下的湿地碳循环方面还存在很大的不确定性。
为此，鹤山站侯恩庆研究员联合美国、欧洲和澳大利亚等国科学家，依托目前全球规模最大的湿地全球变化因子操纵实验平台（位于美国明尼苏达州的SPRUCE experiment），采用一项新的矩阵模型分析技术，开展了一项模拟比较和模拟结果不确定性溯源工作。研究人员基于对8个陆地碳循环模型的结构分析，将这些复杂程度不等的碳循环模型（碳库数量从2到101不等）转化成了一个统一的矩阵形式，主要包括碳输入、碳分配、碳库间转化系数、碳库周转速率和环境标量等。
图1. 8个复杂程度不等的陆地碳循环模型被转化一个统一的矩阵形式
在此基础上，采用转化后的这8个矩阵模型模拟了SPRUCE样点生态系统碳循环过程对5个生态系统尺度增温梯度（+0、2.25、4.5、6.75、9 oC）和2个大气CO2浓度梯度（对照、900 ppm CO2）的响应。研究发现，与地球系统模型在全球尺度上的模拟类似，8个模型对湿地碳循环过程的模拟结果差异巨大。基于矩阵的动态可追溯性分析发现，模型间的生态系统碳库差异主要源于模型中的基准碳周转时间差异，模型间的净初级生产力差异主要源于模型间的环境标量差异。基于这些发现，研究人员对模型参数进行了标准化试验，发现随着对逐步标准化模型参数，模型模拟的生态系统碳库和净初级生产力差异逐渐缩小，直至完全消失。通过这一分析，研究人员清楚地认识到每一组模型参数如何导致模拟差异。
图2. 通过逐步标准化模型参数逐步消除了模型间的模拟结果差异
此外，研究人员发现，模型整体上捕捉到净初级生产力对升温的响应，但是高估了净初级生产力对大气CO2升高的响应。不同模型对温度和CO2升高响应的模拟都存在非常大的差异，研究人员进一步采用动态可追溯性分析对这些模拟结果差异进行了深入分析。
该研究近日在线发表于生态学TOP期刊Global Change Biology（IF2022=13.211）上，论文链接为https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16643。鹤山站侯恩庆研究员为论文第一作者和共同通讯作者，美国康奈尔大学Yiqi Luo为论文共同通讯作者，参与人员包括来自美国加州理工大学、橡树岭国家实验室、澳大利亚联邦科工委、英国爱丁堡大学、清华大学等机构的研究人员。项目得到了国家自然科学基金委、广东省自然科学“杰青”项目、美国国家自然科学基金、美国能源部项目等基金项目的联合资助。